Для повышения маневренных и взлетно-посадочных характеристик модернизированный самолет Су-27М предгюлагалось оснастить передним горизонталъным оперением (ПГО). Однако продувки в АДТ различных вариантов ПГО, выполненные в ЦАГИ, выявили наличие ряда проблем с обеспечением управляемости самолета в продольном канале на некоторых углах атаки, что потребовало дополнительных исследований. Весной 1982 года был, наконец, отработан вариант ПГО, пригодный для установки на самолет Су-27 и в мае 1985 года опытная машина Т10-24 с передним горизонтальным оперением, пилотируемая летчиком-испытателем В.Г. Пугачевым, впервые поднялась в воздух. Т10-24 стал предшественником истребителей Су-27М (для ВВС) и Су-27К (для флота).

Несколько позже, в 1988 году, начались работы по созданию для самолета Су-27М усовершенствованного двигателя с системой управления вектором тяги, разрабатывавшегося под руководством генерального конструктора Виктора Чепкина на базе технического задела, полученного при созда-нии двигателя пятого поколения АЛ-41Ф, предназначенно-го для перспективных истребителей. Система управления вектором тяги, включенная в контур управления самолетом, позволяла существенно уменьшить минимальную скорость полета и выполнять фигуры высшего пилотажа на скоростях, близких к нулевым, без ограничений по углам атаки.

28 июня 1988 года поднялся в воздух первый из пяти опытных истребителей Су-27М, переоборудованный из Су-27. Модернизированные машины получили ПГО, видоизмененные крыльевые наплывы и увеличенный «клюв» радиопрозрачного носового обтекателя. На заводе в Комсомольске-на-Амуре началась постройка опытной серии самолетов, предназначенных для проведения обширной программы летных испытаний, в которых к концу 1994 года уже участвовало более десятка истребителей, получивших в ОКБ Сухого обозначение Су-35.

2 апреля 1996 года состоялся первый полет самолета с бортовым номером «711», который пилотировал летчик-испытатель, Герой Российской Федерации Евгении Фролов. Истребитель существенно отличался от предшествующих самолетов Су-35. Чтобы еще болъше подчеркнутъ эти отличия машине бьшо присвоено новое обозначение Су-37. Самолет получил усовершенствованные двигатели АЛ-31ФП с системой управления вектором тяги в плоскости тангажа, а также более совершенное БРЭО.

В ходе летных испытаний самолеты Су-35 и Су-37 продемонстрировали уникальные маневренные возможности. Впервые были отработаны новые маневры, связанные с выходом на сверхбольшие углы атаки и околонулевые скорости, в частности:

— разворот в плоскости тангажа на 360° («Чакра Фролова»);
— фиксированный (за время менее 10 секунд) боевой разворот;
— поворот на вертикали;
— «Кобра Пугачева» с углами атаки 150-180 град.
— разворот на «Кобре»;
— переворот на «Колоколе»;
— переворот с потерей высоты 300—400 м.

Технические решения, реализованные в конструкции нового истребителя, обеспечили:
— возможность нанесения упреждающих ударов по любому воздушному противнику (в том числе и малозаметному самолету);
—многоканальность и алгоритмическую защищенность всех информационных и прицельных систем;
— атаку наземных целей без входа в зону ПВО противника;
— маловысотный полет с облетом и обходом наземных препятствий;
— автоматизированные групповые действия по воздушным и наземным целям;
— противодействие радиоэлектронным и оптико-электронным средствам противника;
— автоматизацию всех этапов полета и боевого применения.

По словам генерального конструктора М.П. Симонова, Су-35/37 следует отнести к реактивным истребителям поколения «четыре с двумя плюсами». По боевым возможностям этот самолет приближантся к перспективному американскому истребителю Локхид F-22А, первый полет которого намечался на май 1997 года, а поступление в строевые части ВВС США — лишь в следующем десятилетии.