Первоначально летная отработка Т6-1 проводилась без установки подъемных двигателей. Их поставили на самолете при доработках в октябре 1967-го, одновременно двигатели типа Р-27 заменили на штатные ТРДФ АЛ-21Ф разработки ОКБ А.М. Люльки, после чего с ноября 1967-го по январь 1968-го были выполнены испытания машины в варианте СКВП. Результаты испытаний подтвердили данные, уже полученные ранее в ходе отработки Т-58ВД. Достигнутое повышение взлетно-посадочных характеристик (ВПХ) никак не компенсировало существенное снижение дальности полета самолета. Это было связано с уменьшением весовой отдачи по топливу из-за необходимости размещения на борту подъемных двигателей.
Таким образом, недостатки концепции явно превышали ее достоинства, необходимо было искать другие пути улучшения ВПХ.
С середины 1967-го в ОКБ началась проработка Т-6 в варианте с крылом изменяемой стреловидности. Официально создание нового самолета было задано постановлением правительства от 7 августа 1968 года, при этом ТТТ на самолет были сформулированы ВВС как дополнение к требованиям от 1965 года. Рабочее проектирование Т-6 в новом варианте проведено в 1968-69 г.г., постройка двух опытных экземпляров завершена к осени 1969-го. Первый летный экземпляр самолета Т6-2И 10 ноября 1969 г. перебазировали на ЛИиДБ ОКБ в ЛИИ.
Первый полет на самолете В.С. Ильюшин выполнил 17 января 1970 года. Государственные испытания Т-6 проводились целых 4 года: с января 1970-го по июль 1974-го. Столь долгий срок объясняется большой сложностью и новизной задач, которые пришлось решать ОКБ совместно с военными в ходе отработки самолета.
Т-6 стал первым в СССР ударным самолетом тактической авиации, обеспечивающим круглосуточное и всепогодное применение.
Первый серийный Су-24М был облетан 20 июня 1979 года.