Создававшаяся Уральским оптико-механическим заводом станция лазерного дальнометрирования и подсветки целей в варианте "Клен- ПМ" предназначалась для новой модификации микояновского истребителя-бомбардировщика МиГ- 27М. По согласованию с руководством ВВС было решено использовать её и при модернизации Су-17 взамен прежнего "Фона", что позволяло отказаться от подвески контейнера лазерной подсветки "Прожектор", сэкономив за счет объединения систем 200 кг веса и высвободив лишнюю точку подвески вооружения. Для опережающей отработки новой аппаратуры было решено начать испытания оборудования на паре самолетов Су- 17М2, находившихся на то время в ОКБ (машины № 01-01 и 01-02). К маю 1975 года произвели доработку машины № 01-02, которая получила станцию "Клен-ПС" и новый прицел АСП-17Б. 22 мая она была облетана Е.С. Соловьевым, а через пару недель машину отправили в Ахтубинск, где она в течение года находилась на испытаниях нового оснащения. Объем доработок второго самолета был более обширным: помимо аналогичного изменения прицельного оборудования, она подверглась переделкам для обеспечения возможности подвески ракет Х-25, Х-29Л, С-25Л и Р-60. К середине марта 1976 года этот самолет присоединился к первой машине в ГНИКИ ВВС. Программу Госиспытаний, в основном, выполнили к концу 1976 года, выдав положительное заключение о возможности внедрения прицелов АСП-17Б и лазерной станции "Клен-ПС".
Для улучшения защиты летчика, кроме листа стальной брони на передней стенке кабины, борта кабины Су-17МЗ были образованы тремя алюминиевыми бронеплитами толщиной 18 мм, обеспечившими лучшее прикрытие по сравнению с предыдущими модификациями. Вкупе с разнесенными в этом районе стенками рукавов воздухозаборника они обеспечивали летчику защиту от поражения не только спереди, но и с боковых направлений, что было немаловажно для ударного самолета. За счет наличия воздушных каналов попадавшие в борт пули или осколки должны были преодолеть не менее четырех дюралевых панелей разной толщины, гасивших их убойную силу. Одновременно с улучшением обзора переднее лобовое стекло заменили на более мощный прозрачный 40-мм бронеблок, толщиной в полтора раза больше прежнего. Тем самым лобовое бронестекло уравняли с таким же по толщине остеклением МиГ-27, где изначально защите летчика средствами бронировки уделялось существенное внимание (помимо достаточно мощного прозрачного стеклоблока, на МиГах сразу было предусмотрено прикрытие кабины летчика с боковых ракурсов наружными стальными бронеплитами).
Для аварийного покидания машины в кабине устанавливалось катапультное кресло К-36Д (на первых сериях) или модернизированное К-36ДМ, отличавшееся, помимо прочего, наличием более удобной встроенной, а не индивидуальной подвесной системы летчика.
В системе управления самолетом, в канале элеронов и руля управления были установлены доработанные бустеры. Эти же агрегаты устанавливались и на параллельно выпускавшихся "спарках". В ходе серийного выпуска Су-17МЗ комплектовался как САУ-22М, так и улучшенной САУ-22М-1. В последней функция поддержания требуемой высоты полета была расширена за счет введения ее стабилизации на 100 и 150 м (нижний предел для САУ- 22М равнялся 200 м), добавили и возможность директорного управления самолетом в продольном канале.
По сравнению с Су-17М2 претерпела изменения и топливная система самолета. Керосин на Су-17МЗ размещался в пяти фюзеляжных и в двух крыльевых баках. Мягкий бак № 1 имел вырабатываемую емкость 900 л (вместо 770 л у Су-17М2), фюзеляжные баки-отсеки № 2, 3 и 4 соответственно 1590, 810 и 690 л, оставаясь аналогичными "эм-двойке", а общая емкость крыльевых кессонов на обеих модификациях равнялась 650 л. Пятый мягкий топливный бак емкостью 280 л появился на Су-17МЗ благодаря свободному объему, образовавшемуся в гаргроте при его "раздутии" вследствие опускания носа самолета и ликвидации на одноместной модификации кабины инструктора. Всего во внутренних баках Су-17МЗ нес 4920 л топлива (вырабатываемая емкость 4870 л), что было на 390 л больше, чем заправлялось в "эм-двойку". Кроме того, топливо могло размещаться в четырех подвесных баках, из которых два подвешивались под фюзеляжем (ПТБ-800) и два на внешние подкрыльевые точки подвески (ПТБ-800 или ПТБ-1150). Заправка фюзеляжных баков производилась централизованно заправочным пистолетом через заливную горловину в верхней точке – баке № 2. Заправка крыльевых отсеков осуществлялась без вскрытия их заливных горловин, переливом из фюзеляжных баков, с управлением перекачивающим насосом с отдельного пульта, расположенного около верхней "главной" заливной горловины.