參與競標的有雅克福列夫設計局的雅克-45，米高揚設計局的米格-29以及蘇霍伊設計局的蘇-27。
經過一番激烈競爭後，當局決定發展較輕的米格-29以對抗f-16、發展重型的蘇-27以對抗f-15。
作為重型攔截殲擊機，蘇-27的主要設計戰術要求是：最大速度達到2500公裏/小時（海平麵最大速度1500公裏/小時）；最大升限18500米；航程2500公裏；能夠消滅高度為30米到18000米、時速2400公裏（海平麵時速1400公裏）的敵機；能夠在1200米長的跑道上起降。
蘇-27較以往的蘇係飛機最大的創新有兩個：翼身融合技術與4餘度模擬電傳操縱係統，這使得蘇-27成為前蘇聯首架具有放寬安定性的飛機。
優秀的整體氣動布局還使得機身可以放置大量燃油，要達到2500公裏的航程需要5350公斤的燃油，而蘇-27可以盛放9000公斤的燃油。
盡管燃油重量指標遠遠超過了設計要求，但這也帶來一些問題，按設計要求蘇-27的機身強度應能在80%載油量時可以承受8g的過載，而這個80%的載油量是針對5350公斤而言的。
如果在載油量為9000公斤時達到這個要求的話，那麼為加強強度，飛機的空重將會增長到一個可怕的數字。
為此，設計師將設計指標改為標準油箱容量為5350公斤，剩下的3650公斤燃油空間則作為內部附油箱。
這樣，蘇-27的最大油量航程由原來的2500公裏增長為4000公裏。
首架蘇-27原型機t-10-1於77年初出廠，並於77年5月20日在
儒可夫斯基試飛研究院完成其處女航，試飛員是伊留申。
78年t-10-2也出場了，但不久後就由於電傳操縱係統故障而墜毀，試飛員耶夫根尼·索羅維約夫不幸犧牲。
通過與由波蘭間諜馬裏安·佐查斯基搞來的f-15性能資料相對比，設計師發現t-10還不能與它的競爭對手相比，很多地方仍處下風。
這無疑對花了10年時間費盡心思的蘇聯人來說是個沉痛打擊。究竟是把中等水平的飛機推向生產線，還是繼續改進呢？
蘇-27的設計師西蒙諾夫頂住來自工廠、研究所內部外部、政府領導層的壓力，為了設計出最完美的飛機下令從頭來過，幾乎重新設計蘇-27。
實踐證明他是正確的。
飛機氣動布局做了重新設計：加大機翼麵積、減小後略角、除去翼刀、將弧性的翼梢改為方形並加導彈發射軌、後緣襟翼和副翼改為單一的襟副翼並增加了計算機控製的前緣襟翼、減速板從機身下方改為與f-15一樣的機背減速板。
進氣道改進：為了避免引擎吸入跑道上的雜物，前起落架向後移到兩個進氣道之間，進氣道內也加裝防雜物吸入的網狀隔板。
發動機艙重新設計：機匣由發動機底部移到了上部，這樣雙垂尾也得挪個地方而放置到兩個發動機外側，而尾噴口也變為可調式。
以上幾處改進使得飛機的橫截麵麵積大幅減小，綜合提高了蘇-27的機動性、速度、航程，其他諸如機頭、機尾、座艙、起落架等許多地方也作了明顯的改進
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