Еще одной причиной, заставившей заниматься системой вооружения Су-15ТМ. стал громкий международный скандал Как известно, в сентябре 1976 г. летчик 530-го ИАП ПВО В. И. Беленко угнал в Японию новейший советский перехватчик МиГ-25П. в результате чего американцы получили возможность изучить самолет и его оборудование. Это событие имело последствия и для Су-15ТМ. т. к его радар "Тайфун-М" отличался от установленного на микояновской машине "Смерча-А", по сути, только меньшим диаметром зеркала антенны. В ноябре 1976 г. вышло Постановление правительства. которым задавались работы по минимизации ущерба, нанесенного стране предательством Беленко. причем на МиГ-25П была предусмотрена полная замена системы вооружения. а на Су-15ТМ – лишь модернизация РЛС. Уже в начале следующего года но строевых Су-15ТМ №№13-49 и 14-07 началось выполнение этой программы, а в июне-октябре самолеты прошли испытания. Для окончательной доводки модернизированной станции потребовалось еще около года, и в 1978 г. проведение доработок было рекомендовано на строевых машинах.
Летчики строевых частей давно жаловались на сложность балансировки Су-15 по крену, особенно на предпосадочном снижении. Работы по устранению этого недостатка велись в ОКБ в нескольких направлениях. и в результате в 1974 г. для испытаний в ГК НИИ ВВС был предъявлен Су- I5TM №03-03. система управления которого и поперечном канале была дооборудована механизмом триммерного эффекта и автоматом боковой устойчивости. Доработки получили положительную оценку и рекомендацию о внедрении в серию.
Еще одной большой работой стало испытание стабилизатора увеличенной площади Его появление было связано со старой проблемой: на посадочных режимах с включенной системой УПС летчики отмечали отсутствие «запаса стабилизатора», т. е. посадка выполнялась с РУС. взятой на себя до упора, без всякого запаса хода. Применение горизонтального оперении увеличенной площади казалось самым очевидным способом решении вопроса. Это требовало проведения испытаний, в ходе которых было выполнено 29 полетов. По их результатам новый стабилизатор получил рекомендацию для установки на самолеты, но в серию его не внедрили, т. к. выпуск Су- 1ЬТМ к тому времени уже завершился.
Повысить характеристики Су-15ТМ, в том числе довести диапазон скоростей целей. перехватываемых на малых высотах, до уровня, заданного ТТТ. позволяло применение новых двигателей Р-25-300. Такая модификация получила в ОКБ обозначение Т-58бис (Су-15бис). Испытания проводились на доработанном самолете №03-06 (ведущий инженер Васильев), который был впервые поднят в воздух Ильюшиным 3 июля 1972 г. Госиспытании Су- 15бис проходили с 5 июня по 10 октября 1973 г. За это время летчики ГК НИИ ВВС Н. И. Стогов. В. И. Мостовой и Е С Коваленко выполнили 79 полетов. Было отмечено, что ЛТХ модернизированного перехватчика на высотах менее 4000 м улучшились по сравнению с Су-15ТМ. В частности, использование чрезвычайного режима[