В конечном счете, новую модификацию, получившую заводской шифр С-54 и официальное обозначение Су-17М4, стала отличать преимущественно установка совершенно нового прицельно-навигационного комплекса ПрНК-54 с комплектом современного прицельного и радиотехнического оборудования, а также возможность использования нескольких новых образцов вооружения (далеко не в полном оговоренном поначалу ассортименте). Эскизный проект С-54 в окончательном варианте был готов к началу 1978 года, работы по рабочему проектированию самолета завершены были к концу года. В январе 1979 года успешно прошла макетная комиссия по кабине, а на серийном заводе начали изготовление сразу трех опытных экземпляров.
Три опытные машины были изготовлены на заводе в Комсомольске-на-Амуре в середине 1979 года. Поскольку переделки конструкции были незначительны, использовали взятые из серии Су-17МЗ машины с заводскими номерами № 42-19, 42- 20 и 50-20. Первый самолет, предназначавшийся для снятия летных характеристик, не стали оборудовать всем комплектом РЭО. Сборкой его завершили в сентябре 1979 года, а в октябре первый С-54 был доставлен в Москву. Монтаж всех недостающих систем, контрольно- записывающего оборудования и наземная отработка машины порядком затянулись и были закончены к лету 1980 года. Ведущим инженером по машине был назначен В. Д. Пензин. Первый полет на опытном Су-17М4 выполнил 19 июня 1980 года летчик-испытатель ОКБ Ю. А. Егоров. Машина находилась в воздухе 38 минут. К несчастью, через несколько дней, 23 июня 1980 года, он погиб в полете на Су-25, разрушившемся в воздухе при выходе на предельные режимы. Второй опытный образец самолета (им стал вскоре законченный сборкой № 50- 20) под управлением заводского летчика-испытателя Г. Н. Шаповала поднялся в воздух с аэродрома в Комсомольске-на-Амуре 29 июля 1980 года.
Государственные испытания новой модификации истребителя- бомбардировщика проводились на трех машинах с октября 1980 по 6 ноября 1982 года, а предварительное заключение о возможности эксплуатации самолета в строю было выдано 30 июня 1981 года. На первом этапе ГСИ в них участвовали две машины, на которых были выполнены 103 зачетных работы. На втором этапе, преимущественно, отрабатывалось вооружение. По их программе были выполнены 356 полетов. Бригадой специалистов по испытаниям С-54 руководил ведущий инженер ГНИКИ ВВС им. Чкалова С. В. Назаренко, а от ОКБ Сухого – ведущий инженер А. Г. Зудилов. Уже в ходе Госиспытаний, в мае 1982 года, к ним подключили самолет № 12-05, одну из первых машин серийного выпуска. Пополнение оказалось весьма своевременным, поскольку через несколько недель из испытаний пришлось исключить машину № 49-19. Происшествие случилось 17 июня 1982 года, когда при выполнении стрельбы снарядами С-24Б на самолете летчика ГНИКИ ВВС Ю. В. Жучкова остановился двигатель. Запустить его не удалось, и летчику пришлось выполнять вынужденную посадку в поле. На том служба первого опытного самолета закончилась, и поврежденную машину, к тому времени выполнившую более 200 испытательных полетов, пришлось списать.
В акте Госиспытаний отмечалось, что новая модификация обладает существенно лучшей боевой эффективностью по сравнению с Су- 17МЗ за счет повышенной точности навигации, возможности использования средств поражения расширенного ассортимента и внедрения ряда новых режимов боевого применения. На вооружение новая ударная машина была принята Постановлением Совета Министров от 30 сентября 1983 года (одним ПСМ с Су-17УМЗ). Массовый серийный выпуск истребителей- бомбардировщиков этой модификации, начатый в 1980 году, продолжался до 1983 года. За четыре года собрали 235 машин.