В первых числах сентября в воздух поднялся второй опытный образец истребителя — С-2. Он имел существенные отличия от первого. Для увеличения равномерности потока в воздушном канале носовую часть удлинили на 0,11 м, а для увеличения дальности полета в средней части фюзеляжа установили дополнительный топливный бак, что удлинило самолет еще на 0,4 м. Для компенсации возросшего взлетного веса с левой консоли крыла убрали одну пушку.
Что же касается увеличения потолка, то эту работу только начали. На самолет хотели установить новый двигатель АЛ-7Ф-1 с увеличенной тягой на форсаже, но он имел большие геометрические размеры, что потянуло за собой изменение диаметра хвостовой части. Пока шло проектирование новой модификации, конструкторы решили проверить высотные возможности С-2, который становился эталоном для серийного производства. Истребитель перегнали на аэродром НИИ ВВС Владимировка под Ахтубинском и начали серию высотных полетов. Заданных 18000 м машина достигала легко, но вот подняться выше не могла, чувствовался недостаток тяги. Коровушкин уговорил присутствующего на полетах Люльку разрешить ему увеличить время работы силовой установки на форсаже на 5 мин. При ресурсе двигателя всего 25 ч температурная перегрузка была довольно рискованной, но Люлька согласился и в последующем полете С-2 достиг высоты 19100 м. Подниматься выше на двигателе АЛ-7Ф было уже нельзя.
Формально разработка самолета завершилась, и 29 октября 1957 г. С-1 и С-2 передали на испытания заказчику. 23 ноября произошла катастрофа С-1. Самолет упал недалеко от г. Щелково, Московской обл., пилот Игорь Николаевич Соколов погиб. Во время захода на посадку у него случился помпаж двигателя. Вот как описывает эти события летчик-испытатель С.А. Микоян, летевший рядом на МиГ-19: «Игорь сделал по мне несколько атак для проверки радиодальномера, потом сказал, что идет на посадку. Я попросил его выйти вперед, чтобы опробовать по нему свой радиолокатор. «Мне некогда», — ответил Игорь несколько напряженным голосом и перешел на посадочный канал радиосвязи. Немного позже я тоже перешел на этот канал и тут же услышал слова Игоря: «Отказал двигатель, иду на посадку». Он был близко к аэродрому, поэтому отвернул от него и сразу выпустил шасси. Когда он снова развернулся на аэродром, оказалось, что высоты недостаточно — не дотянуть. Находясь в воздухе, я видел его самолет, планирующий над Щелково. Игорь мог катапультироваться, но тогда самолет упал бы на город. Чтобы перелететь дома и железную дорогу, Игорь уменьшал угол планирования, но при этом снижалась скорость. Когда он дотянул до поля, скорость уже была так мала, что самолет не сел, а «плюхнулся» с большой вертикальной скоростью. Видя посадку, я все-таки надеялся, что Игорь жив, но, увы…».
После этой катастрофы правительственная комиссия распорядилась приостановить испытания до устранения недостатков силовой установки. Все выпущенные в Комсомольске-на-Амуре предсерийные машины возвращались в ОКБ для проведения дополнительных испытаний и доработок. Как оказалось впоследствии, виновником катастрофы был сам Соколов, который по ошибке отключил систему управления перепуском воздуха. Тем не менее, репутация Су-7 была серьезно испорчена. Некоторые летчики стали смотреть на истребитель с опаской.
23 марта 1958 г. первый серийный Су-7 № 0101 поднялся в воздух с полосы заводского аэродрома. В кабине находился летчик-испытатель В.М. Пронякин.
Набрав высоту 500 м, Су-7 ушел в сторону Амура, развернулся, сделал круг над аэродромом и успешно приземлился. Полет продлился 24 мин.
Серийные самолеты постоянно совершенствовались, и на них устранялись недостатки, обнаруженные в ходе эксплуатации. Так, начиная с № 0401 у Су-7 удлинили носовую часть и придали передней кромке воздухозаборника острую — сверхзвуковую форму, что благотворно сказалось на устойчивости работы силовой установки. Но проблемы все же оставались, особенно во время применения оружия, и работу в этом направлении продолжали. На Су-7, начиная с № 0601, по бокам носовой части фюзеляжа установили четыре противопомпажные створки. Далее наступило время замены двигателя АП-7Ф на его новую модификацию АЛ-7Ф-1.
«Ф-1» сильно отличался от предшественника и имел еще один перепуск воздуха. На этот раз «лишний» воздух отводили уже от первой ступени, через кольцевую щель. Для борьбы с возможными срывными процессами на нее поставили еще и поворотные лопатки. Кроме этого, форсажная камера получила разделение потока на два контура и регулируемое двухпозиционное сопло, что компенсировало потерю тяги от дополнительного перепуска.