Впервые в семействе Су-17 новый самолет, в соответствии с требованиями ВВС, оснастили унифицированными катапультными креслами К-36Д. Сиденья К-36Д на "спарке" обеспечивали безопасное раздельное катапультирование во всем диапазоне высот на скоростях от 75 км/ч до максимальной, повысив предельный порог до 1400 км/ч (против 1200 км/ч у прежних моделей самолета). Новые кресла также позволяли осуществить аварийное покидание на земле, при разбеге и пробеге (катапультирование в этих режимах было возможно и прежде, но, по условию ввода парашютной системы, являлось безопасным только при значительно больших скоростях движения самолета — не менее 140 км/ч).
Расширенная кабина и фонарь обеспечивали нормальное размещение новых кресел (отличительной особенностью К-36 было размещение спасательного парашюта и системы стабилизации в объемистом заголовнике, требовавшем побольше места под фонарем). Следует заметить, что при внедрении новой системы спасения ОКБ П.О. Сухого выступило пионером, и благодаря отработке кресла К-36Д на самолетах Су-17 и Су-24 катапультное сиденье вскоре заняло место унифицированного на боевых самолетах, сменив прежние устройства собственных разработок, "приватным" образом создававшихся самолетными ОКБ для своих машин.
Невзирая на столь радикальное изменение внешнего облика, прицельное, навигационное и радиооборудование машины по сравнению с Су-17М2 практически не изменилось, но моноблок ДИСС-7 перенесли из висящей под носом "бороды", неприглядной даже внешне, и вписали в обвод фюзеляжа. Добавили также самолетное переговорное устройство СПУ-9 и магнитофон МС-61 "Лира", предназначавшийся для записи переговоров летчиков с выходов радиостанции и СПУ. В качестве станции предупреждения устанавливалась простая и проверенная временем "Сирена". Прицельное оборудование самолета включало в себя лазерный дальномер "Фон", прицелы АСП-17 и ПБК-3-17С.
Наличие второго члена экипажа потребовало установить на самолет систему автоматического управления САУ-22МУ, специально адаптированную под "спарку". В кабине инструктора также появилась панель ввода имитируемых отказов для проверки подготовленности обучаемого летчика к действиям во внештатных ситуациях (устройство прозвали "баяном" за сходство «клавиатуры» со множеством переключателей).
Поскольку машина прибавила в весе почти полтонны, доработали и шасси самолета. Передняя нога со свободно ориентирующимся тормозным колесом была взята с Су-17М2 (поначалу, по оговоренному заданием требованию базирования на грунтовых аэродромах, собирались установить увеличенное нетормозное колесо с шиной большего типоразмера 680 х 260 мм, однако окончательно вместо пухлого пневматика все же использовали прежнее колесо с шиной 660 х 200 мм). На основные ноги установили колеса (880 х 230 мм), взятые с Су-7У, оснащенные более энергоемкими тормозами, охлаждаемыми при посадке спиртоводяной смесью, которая подавалась на тормозные диски воздухом из тормозной системы колес через распыляющие форсунки, по аналогии с используемой на Су-7У. Это сняло ограничения по скорости начала торможения колес (на "боевых" модификациях не более 260 км/ч), улучшило температурный режим как самого тормоза, так и всего колеса в целом, что препятствовало разрушению покрышки при ее перегреве и ускоряло готовность тормозов к повторному торможению. Это было особенно важно для учебной машины, зачастую выполняющей в одном полете несколько заходов на посадку ("конвейер") с касанием колесами основных стоек ВПП и уходом на второй круг (эта задача была специально оговорена ТТЗ). Система работала как в автоматическом, так и в ручном режимах.

Су- 17УМЗ выруливает со стоянки. Зеркало перископа кабины инструктора поднято
Чтобы компенсировать рост массы учебного самолета, левую пушку на "спарках" не устанавливали. Бомбардировочное, подвесное пушечное и неуправляемое ракетное вооружение (исключая тяжелые НАР типа С-25) осталось практически таким же, как и на Су- 17М2, но его вес ограничили 3000 кг (максимально шесть "пятисоток"). Не применялись балочные держатели МБДЗ-У6-68-1, а количество подвешиваемых блоков типа Б-8М не должно было превышать двух штук. Под фюзеляжем вместо четырех держателей вновь, как и на "чистых" Су-17, можно было установить только два балочных держателя, достаточных для выполнения учебных задач. Самолет не мог нести и управляемые ракеты.
Первый опытный С-52У (№ 51–01, борт 35) вывели на испытания летом 1975 года. После доставки в Москву и наземной отработки самолета и его систем 15 августа 1975 года летчик-испытатель ОКБ В.А. Кречетов поднял "спарку" в воздух. Программа заводских летных испытаний, как уже делалось и раньше, была совмещена с совместными госиспытаниями. С начала 1976 года к испытаниям подключили следующую предсерийную машину № 51–02. Первый самолет преимущественно служил для снятия летнотехнических характеристик, оценки устойчивости, управляемости, прочности конструкции и работы силовой установки, а также навигационного комплекса, радиооборудования и САУ-22М; на втором экземпляре определялись маневренные возможности, отрабатывался КН-23, прицельное оснащение и вооружение. Всего на первом этапе на двух машинах выполнили 151 полет. К марту 1976 года по итогам 77 зачетных полетов было выдано положительное заключение о возможности эксплуатации машины в строевых частях. Существенным явилось отсутствие каких-либо серьезных замечаний по пилотированию, связанных с изменением аэродинамики самолета (кроме разве незначительного ухудшения поведения машины на больших углах атаки из-за затенения вертикального оперения расширенной головной частью фюзеляжа). После устранения недостатков в том же году самолет пошел в серию под официальным названием Су-17УМ и стал поступать в ВВС.