В 1962 г. ОКБ приступило к проектированию «трехмахового» тяжелого бомбардировщика Т-4 (изделие «100»), а в 1963-1964 гг. начало работы еще по двум программам, ставшим на несколько лет основными: истребителя-бомбардировщика Су-17, представляющего собой глубокую модификацию Су-7, и нового ударного самолета, эволюция проекта которого привела к созданию фронтового Су-24. В исходном варианте С-6 ударный самолет был во многом аналогичен истребителю Су-15 (Т-58), отличаясь от него более мощными двигателями, двухместной кабиной экипажа с размещением кресел тандемом, низко расположенным крылом стреловидностью 40° и удлинением около 3,5 м и боковыми воздухозаборниками с нижним горизонтальным клином.
На проект С-6 некоторое воздействие оказали английские работы по самолету TSR. Однако в 1964 г. работы по С-6 были свернуты, и ОКБ приступило к проработке другого проекта – с укороченным взлетом и посадкой. В условиях ракетного бума новую тему было трудно заявить, и вначале «для маскировки» новый самолет именовался модификацией Су-15 – Т-58М. Но уже в 1966 г. он стал известен под новым обозначением Т-6, которое в серии было окончательно сменено на Су-24.
Су-24, проектировавшемуся под руководством главного конструктора Е.С. Фельснера, суждено было стать аналогом американского фронтового бомбардировщика "Дженерал Дайнэмикс F-111. Были близки даже трансформации проектов в ходе их разработки: обе программы включали изучение самолета с подъемными двигателями, вместо которых впоследствии установили крыло изменяемой стреловидности. Отличие заключается в том, что американцы вначале предполагали создать полноценный самолет вертикального взлета и посадки, хотя и отказались от него еще на стадии формирования технического задания. ОКБ Сухого с самого начала планировало короткий взлет и посадку (выбранные подъемные двигатели не давали единичной тяговооруженности и брали на себя лишь часть веса самолета), но довело работы до летных испытаний опытного образца Т6-1. Причины близости хода конструкторской мысли лежат в схожести требований к обеим машинам.
Исходная задача заключалась в том, чтобы преодолеть «кризис базирования» – большие длины разбега и пробега, чрезмерные взлетные и посадочные скорости. Для отработки комбинированной силовой установки на базе истребителя Су-15 в 1966 г. была построена летающая лаборатория Су-15ВД (переоборудованный Т-58Д1) с тремя подъемными двигателями РД-36-35 (тяга каждого 2350 кгс) конструкции П.А. Колесова и двумя маршевыми двигателями. Су-15ВД демонстрировался на воздушном параде в Домодедово 9 июля 1967 г. Несколькими днями ранее (2 июля 1967 г.) состоялся первый полет опытного сверхзвукового самолета Т6-1, построенного на опытном заводе ОКБ в Москве и пилотируемого летчиком-испытателем B.C. Ильюшиным.
Т6-1 представлял собой двухместный высокоплан нормальной аэродинамической схемы с тонким треугольным крылом, имеющим излом по передней кромке, цельноповоротным горизонтальным оперением и однокилевым вертикальным оперением. Стреловидность корневых частей крыла была равна 60°. Средняя и хвостовая части фюзеляжа имели прямоугольное сечение, что позволило широко использовать в конструкции крупногабаритные монолитные фрезерованные панели. Кресла экипажа располагались рядом. Шасси повышенной проходимости обеспечивали базирование на грунтовых аэродромах. Максимальная взлетная масса составляла 26 100 кг. Самолет был оснащен четырьмя подъемными ТРД РД-36-35, установленными в ряд в средней части фюзеляжа, и двумя маршевыми двигателями Р- 27Ф2М-300 конструкции С.К. Туманского (2 х 6900/2 х 10 000 кгс), размещенными рядом в хвосте. «Подъемники» имели сверху фюзеляжа два выдвижных воздухозаборника совкового типа – по одному на два двигателя, со створками перепуска на верхних панелях, а снизу фюзеляжа – сопла с поворотными створками.
Маршевые двигатели имели плоские боковые воздухозаборники. ТРДФ Р27Ф2М- 300 разработан для МиГ-23 и устанавливался на вариантах МиГ-23С и МиГ-23УБ. В 1968 г. двигатели Р-27Ф2М-300 были заменены на более мощные АЛ-21Ф конструкции А.М. Люльки. Самолет Т6-1 проходил испытания до 1974 г. и совершил более 320 полетов. Однако в последние годы Т6-1 использовался только как летающая лаборатория – ОКБ приняло решение вместо подъемных двигателей использовать на боевой машине крыло изменяемой стреловидности. Т6-1 позднее был передан в музей ВВС в Монино.