После постройки небольшой серии Су-17 завод в Комсомольске-на-Амуре перешел на выпуск более совершенной машины - Су-17М (С-32М), оснащенной мощным и экономичным двигателем АЛ-21ФЗ. Разработка этой модификации началась в 1970 году на основе совместного решения Министерства авиационной промышленности и ВВС, рекомендовавшего ОКБ установить на самолет перспективный двигатель АЛ-21Ф, разработанный для самолета Су-24 под руководством А. Люльки, а также увеличить запас топлива и установить усовершенствованное БРЭО.
В 1971 году завершилось рабочее проектирование самолета, получившего обозначение Су-17М (заводской шифр С32М). Меньшие габариты нового двигателя потребовали внесения значительных изменений в конструкцию хвостовой части фюзеляжа. Высвободившиеся дополнительные объемы заняли дополнительные топливные баки. Вся топливная система была радикально изменена: большинство мягких внутрифюзеляж- ных баков было заменено на встроенные, емкость топливной системы возросла до 3630 кг. Перекомпоновка фюзеляжа позволила отказаться и от боковых гаргротов, доставшихся Су-17 в наследство от Су-7Б. Большая тяга АЛ-21Ф-3 (7800 кгс на режиме «Максимал» и 11 200 кгс - на режиме «полный форсаж» по сравнению с 6800 и 9600 кгс у АЛ-7Ф-1) позволила отказаться от «раздувания» хвостовой части фюзеляжа, обусловленного «правилом площадей».
Увеличение емкости топливной системы, применение нового двигателя и усовершенствование аэродинамики обеспечило повышение дальности полета на 2/3 по сравнению с самолетом Су-17. Разбег сократился на 15%. В то же время масса конструкции новой модификации истребителя-бомбардировщика даже несколько уменьшилась.
Из состава бортового оборудования исключили радиодальномер. Самолет получил новый прицел бомбометания с кабрирования ПБК-2КЛ и систему регистрации параметров полета САРПП-12ГМ.
За счет добавления двух под- фюзеляжных узлов внешней подвески масса вооружения была увеличена до 4000 кг(при сохранении его номенклатуры).
В декабре 1971 года серийный Cv-17M, пилотируемый летчи- ком-испытателем Е. Соловьвым, поднялся в воздух, а в 1973 году был принят на вооружение.
Параллельно с Су-17М создавалась и его модификация, специально предназначенная для поставок на экспорт. Самолет С32МК (К - «коммерческий») получил новое название - Су-20. В соответ- ствии с существовавшей тогда практикой, машина имела «ухудшенный» состав БРЭО. В частности, радиостанцию Р-832М заменили на старую Р-802И. Машина имела и измененный состав вооружения, включающий управляемые ракеты класса «воздух-воздух» Р-Зс с тепловой головкой самонаведения (ТГС). Для обеспечения их применения, требующего знания дистанции до цели, в носовой части истребителя-бомбардировщика пришлось установить радиодальномер СРД-5МК «Квант», а аппаратуру линии наведения ракет Х-23 применить в контейнерном варианте. Подвесные пушечные установки СППУ-23 были заменены установками с неподвижным блоком стволов УПК-23 (боекомплект- по 230 снарядов). Первый полет Су-20 состоялся 15 декабря 1972 г. (летчик-испытатель А. Исаков), а серийное производство осуществлялось в 1973- 1976 гг.
На базе самолета Су-20 был создан другой экспортный вариант, снабженный неподвижным крылом, заимствованным из конструкции истребителя-бомбарди- ровщика Су-7БКЛ. Предполагалось, что уменьшение массы планера в сочетании с ТРДФ АЛ-21Ф-3 позволят сохранить достаточно высокие летные характеристики машины при значительном снижении ее стоимости. Опытный самолет с неподвижным крылом был испытан в воздухе летчиком Кречетовым в 1973 году, однако дальнейшего продолжения эти работы в то время не получили.
В декабре 1973 года на летные испытания вышел истребитель- бомбардировщик Су-17М2 (С42). Появление этой машины было обусловлено значительным прогрессом, достигнутым в области бортового прицельно-пилотажного оборудования и вооружения. В частности, в 1970-1972 гг. для самолетов МиГ-23Б был создан комплект БРЭО, включающий лазерный дальномер «Фон» и навигационный комплекс КН-23, обеспечивающий автоматический выход в район цели по запрограммированному маршруту. В 1972 году дальномер «Фон» был испытан и на Су-17 (прибор размещался в конусе воздухозаборника вместо радиодальномера).