Полный комплект техдокументации поступил из Москвы в новосибирский филиал ОКБ к сентябрю 1966 г. К тому времени уже было ясно, что серийный завод с изготовлением агрегатов планера запаздывает. поэтому сроки сдачи самолета и начала ГСИ придется переносить. В 1967 г. на модернизированном Су-15 собрались установить вместо РЛС «Коршун» станцию «Тайфун», что отразилось на процессе создания "спарки" и грозило очередным срывом сроков. Поэтому МАП согласился с предложением ОКБ для ускорения работ разбить их на 2 этапа: на первом создать упрощенный учебно-тренировочный самолет (УТС) без радара и ряда других систем. а на втором – полноценный УБС.
УТС получил обозначение Су- 15УТ (заводской шифр У-58Т). На самолете установили лишь стандартный комплект навигационного и связного оборудования Су-15. дополненный самолетным переговорным устройством СПУ-9 и магнитофоном МС-61. В результате УТС получился весьма -пустым». Штатные пусковые устройства сохранили, но на них предусматривалась подвеска только габаритно-весовых макетов ракет. За счет второй кабины объем топливного бака № I уменьшился на 900 л. поэтому, чтобы хоть немного компенсировать сокращение запасов топлива, в хвосте разместили дополнительный бак №5 емкостью 180 л. Для компенсации смещения центровки в НЧФ пришлось разместить центровочный груз. В итоге масса пустого самолета выросла до 10660 кг. что при сокращении внутреннего запаса топлива до 5010 кг обещало существенное снижение дальности полета.
Су- 15TM №10-07 с подвешенными УПК-23-250 и блоками УБ-32. Испытания по «фронтовому применению». Владимировка, 1975 г.
Увеличенный стабилизатор, установленный на Су-15ТМ №03-03
Прочностной экземпляр "спарки" был построен в конце 1967 г. Сборку первого летного закончили в Новосибирске летом 1968 г. Машина оснащалась крылом без "наплыва", а система УПС на ней не задействовалась. Для приемки самолета в начале августа из ОКБ прибыла группа специалистов. возглавляемая ведущим инженером Л. А. Рюминым Ведущим летчиком- испытателем был назначен Е. К. Кукушев. Первый полет на "спарке" он выполнил 26 августа и к 16 сентября перегнал ее в Жуковский. Провести там полноценные ЛКИ не удалось, т. к МАП торопил с передачей самолета на Госиспытания, и уже 2 октября машина перелетела во Владимирову. Там летно-конструкторские испытания продолжались параллельно с Государственными и завершились к 12 декабря.
С 15 по 19 октября в качестве летчиков облета несколько полетов на Су-15УТ выполнили представители авиации войск ПВО. в том числе и ее командующий генерал-лейтенант А. Л. Кадомцов. Полеты по программа ГСИ начались только с 16 ноября От ГК НИИ ВВС в испытаниях участвовали летчики М. И. Бобровицкий. Г. А. Баевский и Н В Рухлядко. а в качестве летчиков облета – С. А. Микоян, А. А. Манучаров. B. C. Котлов и С. А. Майоров. Основная часть работ была посвящена определению ВПХ, ЛТХ, характеристик устойчивости и управляемости. Часть полетов, как и положено. выполняли летчики ОКБ. В одном из них. 20 января 1969 г.. машиной управлял Е. К. Кукушев. После "обжатия" самолета по перегрузке на поездке у него не вышли основные опоры шасси. Летчику пришлось применить «чкаловский» набор фигур пилотажа с созданием перегрузок, и только после пятой попытки стойки выпустились. Причиной происшествия стало несоблюдение при постройке машины зазоров между щитками шасси и обшивкой крыла, что дало о себе знать только после полета на перегрузку
Испытании завершили к 26 февраля. Как и ожидалось. ЛТХ «спарки» по сравнению с Су-15 ухудшились: дальность полета снизилась до 1390 км. потолок до 17700м. Характеристики устойчивости и управляемости признали приемлемыми, указав на один существенный недостаток – появление признаков неустойчивости в путевом канале на сверхзвуковых скоростях. Вывод военных испытателей гласил: самолет может быть допущен в качестве УТС для обучения и тренировки летного состава всем основным элементам полета, за исключением боевого применения.
После утверждения летом 1969 г. акта ГСИ в ОКБ занялись устранением отмеченных недостатков, в т. ч. – неустойчивости о путевом канале. Причина явления была понятна: удлиненному самолету не хватало площади киля. Однако решить проблему очередным увеличением вертикального оперения не позволяли ограничения по прочности. Тогда решили попробовать оснастить самолет подфюзеляжными гребнями. Весной 1970 г. летчики ОКБ Е С. Соловьев и А. И. Исаков выполнили на опытном У-58Т короткую программу сравнительных испытаний с гребнями и без них. Выяснилось. что на характеристики устойчивости гребни практически не повлияли. Поэтому приняли "соломоново" решение: в эксплуатации максимальную скорость самолета ограничить величиной М=1. 75. Это снизило до 16700 м и потолок, т. к. по стандартной методике максимум достигался при М= 1, 9.
Выпуск Су- 15УТ начался в Новосибирске в 1969 г "Спарка" №01-01 была изготовлена в Октябре, а 10 декабря экипаж заводских испытателей (В. Т. Выломов и В А Белянин) выполнил на ней первый полет. Серийные самолеты (внутризаводское обозначение -изделие 42») отличались от опытного только крылом с "наплывом" и задействованной системой УПС В строй первые 5 машин были переданы весной 1970 г.. а в июле самолет был принят на вооружение приказом министра обороны N«0115. Выпуск Су-15УТ продолжался до конца 1972 г. Кроме строевых полков, часть "спарок" поступила в Ставропольское ВВАУЛ ПВО.