В состав вооружения самолета вошли две ракеты Х-25 на двух пусковых АПУ-68УМ2, размещаемых на внешних подкрыльевых балочных держателях и две Р-60 на АПУ-60-1 на внутренних крыльевых точках. Это позволило осваивать на "спарке" практически весь набор упражнений из курса боевой подготовки ИБА, от пилотажа до боевого применения с использованием всех средств поражения. Кроме Р-60, самолет мог применять и модернизированные Р-60М.

В таком виде обновленный С- 52УМЗ 21 сентября 1978 года совершил под управлением летчика- испытателя Ю.А. Егорова первый полет, а с конца года был начат его серийный выпуск под обозначением Су-17УМЗ. В ходе выпуска "спарка" комплектовалась усовершенствованными прицелами, дорабатывалась арматура кабин. Вносились и другие мелкие изменения. Программа летно-конструкторских испытаний самолета, начатая в октябре того же года, была закончена только двумя годами спустя, в октябре 1980 года. Задержка имела причиной крайне высокую загруженность ОКБ работами по Су- 27, на что тогда были направлены буквально все силы, да и заказчик относился к работам по доводке "спарки" с прохладцей, полагая, что уже освоенные системы не должны принести особых сложностей. Тем не менее, только на проведение заводских испытаний потребовалось провести 139 полетов. После столь продолжительной доводки Госиспытания удалось провести в сжатые сроки, с 22 мая по 30 декабря 1980 года с проведением 59 полетов. Предварительное заключение о возможности эксплуатации было выдано годом раньше, в конце 1979 года.

В производстве новая модификация сменила прежние "спарки" Су-17УМ уже с 1978 года. Выпуск всей серии был завершен в 1983 году, когда последняя, 165 машина, покинула сборочный цех завода. Тем самым выпуск Су-17УМЗ в два с лишним раза превысил заказ на "спарки" первоначальной модели. Самолет был принят на вооружение Постановлением Совета Министров и ЦК КПСС от 30 сентября 1983 года.

Для поставок на экспорт была разработана модификация "спарки" с двигателем Р-29БС-300. Завод изготовил первый экземпляр к концу августа 1976 года, но с большим числом недоделок, и только поджимавшие сроки заставили ОКБ принять машину. После доставки в Жуковский с ней несколько месяцев занималась уже испытательная бригада, доводя до ума. Первый полет опытная машина, названная С-52УК (Су-22У, заводской номер 53–03), совершила 22 декабря 1976 года под управлением летчика-испытателя Е.С. Соловьева. Заводские летные испытания самолета завершились 23 апреля 1977 года уже после перегонки машины в Ахтубинск. С мая этого года по 15 марта 1978 года Су-22У проходил Госиспытания, в ходе которых было выполнено 135 полетов.

На одной из первых машин (№ 53–03) после соответствующих доработок в конце 1977 года был проведен большой объем работ по отработке нового прицела АСП-17Б и использованию вооружения, включая артиллерийское, НАР и управляемые ракеты. Впоследствии этот самолет, оставшийся в распоряжении ОКБ, "отметился" при нескольких значительных событиях: он сопровождал во многих полетах Т10-1 (будущий Су-27), летал на сопровождение других прототипов "десятки", а также первых опытных самолетов Т-8 (Су-25) и своего "младшего брата" — С-54 (Су-17М4). Испытательные полеты прототипов "десятки" вообще все без исключения шли "под эскортом" самолета сопровождения, с которого следили за ходом полета ввиду ожидавшихся особенностей в поведении будущего "суперистребителя", оснащенного новой системой электродистанционного управления. Этой же машине (№ 53–03) с экипажем Пугачев/Исаков довелось находиться в воздухе рядом с самолетом Т10- 7 при аварии последнего 3 сентября 1981 года. "Десятка", первая в серийной компоновке, разбилась после полета на скоростных режимах по сверхзвуковой трассе из-за полной выработки топлива, а пилотировавшему ее шеф-пилоту фирмы B.C. Ильюшину первый раз в жизни пришлось катапультироваться, после чего он больше не летал.

Три месяца спустя, 23 декабря 1981 года, экипаж Садовников/Иванов на машине № 53–03 сопровождал другую опытную "десятку", Т10-12, на которой летчик-испытатель ОКБ А.С. Комаров должен был выполнить полет на так называемое "обжатие" — выход на максимальную скорость и предельный скоростной напор. Экипаж самолета сопровождения оказался свидетелем трагедии: Т10-12 разрушился в воздухе, летчик погиб. Самолет сопровождения шел на удалении в 15–20 км, однако Садовников сразу обратил внимание на изменившийся инверсионный след и сообщил на землю о происшествии. По его радиограмме подняли поисковые вертолеты, вскоре обнаружившие место падения обломков машины.

Посадка Су-17УМЗ, оснащенного кассетами АСО-2В в обтекателях, установленных на хвостовой части фюзеляжа

Сама "спарка" № 53–03 была разбита в результате аварии 28 сентября 1983 года, когда в полете летчика А.А. Иванова (к этому времени он перешел из ГНИКИ ВВС на испытательную работу в ОКБ) с заданием по определению границ надежного запуска двигателя тот вновь запустить не удалось. Ошибку с монтажами при подготовке машины допустили техники испытательной бригады, в результате после выключения двигателя на высоте 6000 м самолет полностью обесточился. Летчик вспоминал: «Остался без связи, без навигации, без двигателя, а он на Су-17 — один. Попробовал — машина управляется, но летит вниз. Какая высота — определить трудно в облаках, потому что приборы все замерли. Погода была плоховатая. Как-то интуитивно стал заходить, но думаю все же — когда выйду под облака, буду прыгать. Нижний край облаков был на 800 м — думаю, успею. Выскакиваю, смотрю — полоса, вот повезло-то! Начинаю действия совсем другие — по выпуску шасси. Но не был уверен, что колеса вышли, и решил садиться не на бетон, а в поле. Ну и, как водится: одна в поле яма, и та моя. В результате перелом третьего поясничного позвонка, травма грудной клетки, год на растяжках, потом на доске и прочее, и прочее».

Для сопровождения испытательных работ использовались и другие машины того же типа, имевшиеся в распоряжении ОКБ и ЛИИ. Обычным образом для подобных задач могли привлекаться всякие свободные от прочих работ самолеты любого подходящего типа, однако частому направлению именно "су-семнадцатых" для этих задач способствовал сам набор полетных режимов, от сверхзвуковых и высотных до малоскоростных, подходящих для совместной работы с машинами самых разных типов, надежность "сушки" и простота в управлении, а также такой немаловажный фактор, как хороший обзор из кабины, позволявший контролировать объект сопровождения и вести фото- и киносъемку при испытательных задачах.

Одна из "спарок" Су-17УМЗ использовалась в качестве эскорта при полетах атмосферного аналога воздушно-космического корабля "Буран". Су-17 часто привлекались для съемки работ по боевому применению однотипных и других самолетов, отслеживая траекторное поведение и баллистику средств поражения, как в интересах организаций-разработчиков, так и военных, занимавшихся практическими вопросами отработки использования боеприпасов, боевой эффективности и мер безопасности.

В одном из случаев, в ходе испытательной программы Су-27, сопровождение задействованного Су- 17МЗ позволило оказать помощь летчику в аварийной ситуации, тем самым избежав потери самолета. В тот день 17 июля 1983 года летчик-испытатель Н.Ф. Садовников на опытной машине Т10-17 выполнял полет на определение характеристик устойчивости и управляемости на высоких скоростях. Его сопровождал И.В. Вотинцев на Су-17МЗ из числа принадлежавших суховскому ОКБ. В разгоне на форсаже с маневрами на небольшой высоте произошло разрушение крыла Су-27, потерявшего треть левой консоли. Истребитель перевернуло на высоте 1000 м и летчик был готов катапультироваться. Однако самолет кое-как держался в воздухе и он решил попробовать восстановить управление. На выручку пришел коллега с самолета сопровождения, помощь которого помогла принять правильное решение. О дальнейшем развитии ситуации И.В. Вотинцев рассказывал: "Тогда было указание — сопровождать Су-27-е в каждом полете. Когда у него всё это случилось, он говорит, что возвращается на точку, а потом спрашивает — есть кто-нибудь в воздухе, чтобы посмотрели на него. Я отвечаю, что еще не сел и могу подойти. РП подтвердил, чтобы я шел обратно, в результате я развернулся и пошел к нему навстречу. Со стороны машина выглядела, скажем так, довольно необычно — было непонятно, как самолет вообще держится в воздухе? С левой стороны была оторвана примерно 1 /3 консоли, по обрез флаперона, оторван весь носок, оторвана верхняя часть киля, по обрез руля направления, и повреждена плоскость стабилизатора. Однако и флаперон, и руль направления были на месте. Помню, что было хорошо видно, как на оставшейся части крыла торчат наружу трубопроводы гидросистемы, а из них прямо в воздух распыляется жидкость. Обо всем этом я рассказал Коле, он выслушал и говорит, что пока самолет управляется, он пойдет дальше на точку. Самолет не кренило, так что ему хватало органов управления для удержания машины в горизонте. Если бы у него не хватало управления, я думаю, он прыгнул бы, не раздумывая. А так он шел, не меняя курса, заранее выпустил шасси, попытался сымитировать заход на посадку, то есть оценил возможности управления. Сажал машину на повышенной скорости, поэтому его завели на длинную полосу. Я проводил его, а потом сам пошел на посадку" (П. Плунский и др. «Истребитель Су-27. Рождение легенды», ч.2. М., 2009).