Казалось бы. авиакомпания КАЛ должна принять меры к исключению подобных "ошибок", но через пять с половиной лет все повторилось. В ночь на 1 сентября 1983 года "Боинг-747", следовавший из Анкориджа в Сеул, нарушил государственную границу в районе полуострова Камчатка и около двух с половиной часов следовал над территорией СССР. Экипаж "Боинга" на сигналы истребителей-перехватчиков не реагировал. По команде пункта управления летчик Осипович, пилотировавший Су-15ТМ. применил оружие (к этому моменту отклонение авиалайнера от маршрута составляло около 660 километров), после чего самолет упал в море. Погибли 269 человек.
В процессе серийного выпуска Су- 15ТМ. его оборудование и вооружение неоднократно подвергались доработкам и модернизации. На самолетах первых серий применялись ракеты Р-98. в дальнейшем они были заменены на Р-98М. С 8-й серии носовой конический радио- прозрачный обтекатель антенны БРЛС заменили обтекателем оживальной формы. Это позволило устранить помехи на экране БРЛС, возникавшие из-за ложного отражения сигнала от внутренней поверхности конического обтекателя, но одновременно снизило практический потолок самолета до 18100 метров. Существовал также вариант самолета со встроенной пушечной установкой ГП-9. которая располагалась под фюзеляжем, за передней стойкой шасси, со смещением влево от плоскости симметрии. Самолет прошел испытания, но серийно не выпускался.
В 1973 году появился истребитель- перехватчик Су-15 бис. В отличие от серийного Су-15ТМ, на нем были установлено два двигателя Р25-300 с тягой на форсажном режиме по 7300 кгс. носовой радиопрозрачный обтекатель оживальной формы и смонтирована бортовая часть автоматизированной системы контроля (АСК-Т58). Самолет успешно прошел испытания, но в серийное производство также не запускался.
В 1976 году начал поступать в войска созданный на базе Су-15ТМ учебно-тренировочный истребитель Су-15УМ, вооруженный четырьмя ракетами с ТГС (2хР-98М. 2хР-60)и двумя УПК-23-250. но не имевший БРЛС. Попытка установить "ТАЙФУН-М" на Су-15УМ (вариант У58УБ) закончилась неудачей, машина оказалась перетяжеленной.
Самолеты Су-15 широко использовались в качестве летающих лабораторий В 1965-66 гг. на самолете Т-58Л (созданном на базе Т-58Д-2) проводилась отработка лыжного варианта шасси, впоследствии установленного на Су-15Т. В настоящее время Т-58Л экспонируется в Монинском музее ВВС. В 1966 г. на базе опытного самолета Т-58Д-1 был построен экспериментальный Т-58ВД. предназначенный для отработки укороченных взлета и посадки с применением комбинированной силовой установки, состоявшей из двух маршевых и трех подъемных двигателей РД36-35 с тягой на максимальном режиме 800 кгс. Первый полет на Т-58ВД В. С. Ильюшин выполнил в 1966 г. Через год летные испытания завершились, их результаты легли в основу разработки другого самолета – Т-6-1. Во второй половине 60-х годов на самолете Су-15 (00-01) проводились летные испытания доработанного крыла, устанавливавшегося затем на всех серийных самолетах Су-15.
СУ-15ТМ. Авиабаза Безречная. Забайкалье. ПВО. Лето 1992 г.
В 1974-75 гг. осуществлялись исследования по программе "Сахалин" – заправке самолетов в воздухе по схеме "конус- штанга". Для этих целей были доработаны два самолета. На «заправщике» Су-15 (004)1) устанавливался подвесной агрегат заправки (ПАЗ), включавший в себя все оборудование для проведения заправки, а "заправляемый" Су-15ТМ (024)6) был оборудован штангой-прием ни ком. Полеты выполняли летчики- испытатели В. С. Ильюшин. Е. С. Соловьев и др. После завершения испытаний унифицированные подвесные агрегаты заправки (УПАЗ) нашли широкое применение на самолетах Су-24. Самолет Су-15 (004)1) был передан в качестве пособия в одну из учебных частей авиации ПВО, а в начале 90-х годов установлен на территории ОКБ им. П. О. Сухого.