По итогам защиты эскизного проекта вышел приказ министра авиапром от 20 августа 1965 года, согласно которому предписывалось к концу II-го квартала 1966 года построить и передать на испытания два экземпляра "экспериментального самолета Су-7Б с крылом изменяемой стреловидности", один из которых предназначался для летных испытаний и второй — для прочностных статических.
Планер машины для статических испытаний, получивший обозначение С-22И-0, был закончен сборкой уже к концу 1965 года, и с начала следующего началась его отработка на стендах. Первый опытный экземпляр машины строился на базе фюзеляжа серийного Су-7БМ (№ 48–06 выпуска 1963 года), что позволило использовать отработанную конструкцию и многие из агрегатов самолета, сэкономив время и средства. Пошедшая на переделку машина до середины 1964 года служила в строевом авиаполку ВВС, а затем была передана в распоряжение ОКБ и использовалась в различных испытательных программах. Судьбу её предопределил случай 22 июня 1965 года, когда в полете летчика-испытателя Е.С. Соловьева по неустановленной причине произошел заброс по перегрузке до 8,0, после чего самолет решили к подобным программам больше не допускать и, после полной дефектации, использовать для переделки в С-22И.
В соответствии с проектом, прежнее крыло снималось, а центральную часть фюзеляжа сообразно изменению конструкции подвергли серьезной доработке. Для подкрепления пустотелого отсека центроплана снаружи приклепали пору маленьких Т-образных профилей, расположенных вдоль по потоку. По торцу стояла мощная аэродинамическая перегородка с пилоном подвески вооружения в нижней части. Консоли имели трехсекционный предкрылок и поворотный закрылок, а также элерон в концевой части.
Кабина самолета С-22И была оборудована новыми органами управления, но прицельное оборудование и часть арматуры управления вооружением на экспериментальной машине была снята
С-22И выруливает для испытательного полета
По конструкции они представляли собой топливные баки-кессоны. Прежние топливные отсеки в корневых частях крыла пришлось ликвидировать из-за размещения на их месте механизмов привода консолей. Самолет отличался также набором оборудования: были демонтированы блоки автопилота АП-28И1, демпфер Д-2К-110 и практически всё вооружение (из его состава сохранили лишь сами держатели под крылом и фюзеляжем, а также цепи аварийного сброса подвесок). В пушечных отсеках центроплана размещались блоки комплекта контрольно-записывающей аппаратуры (КЗА). Для обеспечения больших запасов по пикирующему и кабрирующему моменту при смене центровки решили увеличить углы отклонения стабилизатора.
Все работы (не будем забывать, что самолет с крылом изменяемой стреловидности проектировался в СССР впервые) были выполнены в минимальные сроки — около года, тем самым полностью оправдав выбранный путь создания машины. Вскоре такой же метод "вживления" поворотного крыла в конструкцию уже готового опытного самолета Т-6 привел к появлению Т6-2И, прототипа фронтового бомбардировщика Су-24.
К середине лета 1966 года постройка и отладка самолета была завершена, однако до начала летных испытаний его решили подвергнуть натурным продувкам в ЦАГИ. По результатам этих работ были получены данные для уточненных расчетов его летно-технических и взлетно-посадочных характеристик, параметров устойчивости и управляемости. После этого машину доставили на лётно-испытательную станцию ОКБ на аэродроме ЛИИ в Жуковском. После положенного цикла проверок и наземной отработки систем методический совет ЛИИ под председательством М.Л. Галлая дал разрешение на первый полет С-22И, который был назначен на 2 августа. Его должен был выполнить ведущий летчик-испытатель фирмы B.C. Ильюшин, а ведущим инженером по летным испытаниям был определен Л.М. Моисейчиков.
Погода не благоприятствовала испытаниям — второго число пошел дождь, стояла низкая облачность. Разрешение на вылет было получено лишь благодаря настойчивости Ильюшина — накануне он уже успешно выполнил на С-22И скоростную рулежку с имитацией отрыва передней стойки после разгона. Поведение машины было вполне обнадеживающим: с крылом на минимальной стреловидности она легко разогналась, плавно оторвалась от земли, пройдя над полосой на высоте 3–5 м, и так же гладко выполнила посадку. По всем правилам, стоявшая погода с нижней кромкой облачности в 250 м не была подходящей для первого полета опытной машины и руководство не хотело выпускать ее в воздух, но уверенный в самолете Ильюшин добился своего.
Первый полет продолжался 32 минуты. Сразу после отрыва и крутого набора высоты С-22И скрылся в плотной облачности, затем Ильюшин снизился и, выполнив несколько проходов и виражей, повел машину на посадку. Ввиду ограниченной видимости производить заход пришлось по приборам, с использованием системы слепой посадки ОСП-48.
После полета B.C. Ильюшин докладывал: "Машина устойчива и хорошо управляема по всем трем осям, во всем диапазоне стреловидностей крыло. Выполнил несколько перекладок крыла — они не вносят усложнений в технику пилотирования. Незначительные моменты на пикирование или на кабрирование легко парируются небольшим перемещением ручки". Уже через пару дней, 5 августа 1966 года, B.C. Ильюшин вновь поднял С-22И в воздух. В этот день были выполнены две испытательных работы общей продолжительностью почти полтора часа, к тому же чередовавшиеся летчиком с полетами на обычном Су-7БМ, с которым сравнивалось поведение новой машины.