Модернизация повысила боевые качества Су-15. Диапазон скоростей и высот перехватываемых целей в задней полусфере увеличился до 500—1600 км/час и 0,5—24 км, а в передней полусфере до 500—2500 км/час и 2—21 км соответственно. Максимальное превышение цели при пуске ракет Р-98М составляло 4 км в передней полусфере и 6 км в задней (для ракет Р-60 допускалось превышение не более 1 км).
Управление перехватом осуществлялось с помощью автоматизированной системы «Воздух-1М». На борт Су-15 с земли поступала информация о дальности до цели, её пеленге, высоте и скорости полёта, а также передавались команды на выполнение различных маневров. Лётчик мог выбирать любой из трёх режимов полёта: автоматический, полуавтоматический или ручного пилотирования.
Основным недостатком этого перехватчика являлось несовершенство бортовой РЛС, неспособной обнаруживать и выделять маловысотные цели на фоне земли. Между тем в это время ударная авиация стран НАТО перешла от стратосферных полётов к тактике прорыва системы ПВО на малых высотах. Так что проблема радиолокатора Су-15 была весьма серьёзной, разрешить её так и не удалось.
Стремление к всеобщей универсальности привело к тому, что пилотов истребительной авиации войск ПВО страны стали обучать применению оружия против наземных целей. Для этого на Су-15 подвешивали две бомбы по 500 кг или четыре по 250 кг, блоки неуправляемых ракет С-5 либо баки с напалмом. Однако отсутствие соответствующего прицельного оборудования весьма затрудняло использование перехватчика в роли истребителя-бомбардировщика. Бомбы самолёт нести мог, но в цель они попадали редко.
Су-15 за свою карьеру дважды «засветился» на весь мир. Первый раз — 20 апреля 1978 года, когда перехватчик одного из авиаполков 10-й армии ПВО сбил южнокорейский пассажирский самолёт «Боинг-707», вылетевший из Парижа в Анкоридж (штат Аляска), но по ошибке отклонившийся от маршрута к Кольскому полуострову. Корейский пилот сумел посадить повреждённую машину на лёд замёрзшего озера, поэтому больших жертв удалось избежать: погибли всего два человека из 108 находившихся на борту.
Главным противником истребителей-перехватчиков Су-15 оказались пассажирские «Боинги» южнокорейской авиакомпании KAL
Более громкую, и в то же время печальную славу Су-15 принёс сбитый 1 сентября 1983 года вблизи острова Сахалин опять же южнокорейский «Боинг-747». В этот раз он летевший из Анкориджа в Сеул, но по невыясненным до сего времени причинам отклонился от маршрута почти на 500 км. Пилот Су-15 Осипович, выполняя приказ командира 24-й дивизии ПВО Корнукова, сбил «Боинг», что привело к гибели 269 человек.
МиГ-25
Одной из наиболее интересных и сенсационных боевых машин описываемого периода был истребитель-перехватчик МиГ-25, скандальную известность которому принёс побег в Японию советского лётчика, старшего лейтенанта Беленко, в середине 70-х годов. Однако были у него и другие качества, отличавшие от всех других самолётов.
Концепция сверхскоростного истребителя-перехватчика МиГ-25 формировалась ещё в хрущёвскую эпоху и полностью отвечала авиационной моде того времени — большая скорость, дальность и высота полёта, только ракетное вооружение. По сути дела, он служил летающей платформой для запуска управляемых ракет большой дальности, вести маневренный воздушный бой МиГ-25 не мог по определению. Поэтому основной сферой его применения считался перехват высотных скоростных самолётов вероятного противника, а в дальнейшем ещё и разведка (скорость и высота полёта делали его неуязвимым для истребителей противника).
Поднявшийся первый раз в воздух 6 марта 1967 года опытный самолёт Е-155Р-1 (один из многих псевдонимов МиГ-25) показал на испытаниях неплохие лётные данные. На основании их результатов было решено запустить его в серийное производство.
Максимальная скорость истребителя была фантастической по тем временам — до 3500 км/час, крейсерская — 2500 км/час, но далась она дорогой ценой. Расход топлива составлял 15 000 литров в час, что сокращало радиус действия машины. Поэтому позже на самолёте появился подвесной топливный бак емкостью 5300 литров, позволивший увеличить дальность полёта до 2400 км.
Кроме того, теоретические расчёты в период опытно-конструкторских работ показали, что на таких скоростях полёта обшивка нагреется до 300 градусов. Дюралюминий подобную температуру выдержать не может, поэтому самолёт решили строить из нержавеющей стали, используя вместо традиционной клёпки сварку. Такого в авиации ещё не делали. Для снижения массы моноплан МиГ-25 выполнили по несущей схеме бак-конструкция, отказавшись от вставных топливных баков. В то же время применение стали упростило ремонт — любую трещину просто заваривали.