Для внедрения ББ-1 в серию постановлением правительства от 29 июля 1939 г. Павел Осипович Сухой назначается главным конструктором, а выделившийся из опытного завода № 156 возглавляемый им коллектив, получив статус самостоятельного, переводится на серийный авиационный завод № 135 в Харьков. Эту дату и принято считать днем образования ОКБ Сухого.
Здесь, в Харькове, Павел Сухой начинает работы по истребителю И-135 (с декабря 1940 г. — Су-1). Но харьковский период оказался недолгим: уже в середине 1940 г коллектив Сухого переводится на новый завод № 289 в подмосковных Подлипках (ныне — г. Королев Московской области). Приказом наркома авиапромышленности от 15 апреля 1940 г. П.О. Сухой назначается главным конструктором (а приказом от 14 ноября 1940 г. — и директором) Государственного союзного завода № 289, и сюда в полном составе переезжает из Харькова все его КБ. Но ненадолго! С началом войны, осенью 1941 г., по приказу Наркомавиапрома от 8 октября 1941 г. завод № 289 эвакуируется в Пермь (в то время — г. Молотов). Сюда же перемещается в эвакуацию из Харькова и завод № 135. В Перми коллектив Сухого продолжает начатые в Подлипках работы по одномоторному бронированному штурмовику Су-6 (ОБШ), двухмоторному штурмовику Су-8 (ДДБШ), занимается сопровождением серийного производства Су-2.
Возвращение завода № 289 из эвакуации состоялось осенью 1943 г. Теперь он располагается в подмосковном Тушино, на освободившейся площади бывшего завода № 464. Здесь продолжаются доводки Су-6 и Су-8, а вскоре коллектив приступает к разработке экспериментальных скоростных истребителей с комбинированными силовыми установками — Су-5 (с дополнительным воздушно-реактивным двигателем ВРДК с приводным компрессором) и Су-7 (с дополнительным ЖРД). В конце 1944 г. Сухой начинает проектирование своего первого турбореактивного истребителя — самолета «Л», будущего Су-9. Но впереди — очередной переезд. В январе 1945 г. тушинский завод № 289 объединяется с заводом № 134 (располагался в районе метро «Аэропорт», по адресу Ленинградское шоссе, 55 — в настоящее время Ленинградский проспект, 47). В соответствии с приказом наркома авиационной промышленности от 3 февраля 1945 г. Павел Сухой назначается главным конструктором и директором объединенного завода № 134, базирующегося на двух территориях — в Москве и Тушино.
Территории «а» и «б» (на Ленинградском шоссе, 55) стали основными, здесь разместилось КБ и часть производства. В Тушино (территория «д») находилось основное и вспомогательное производства, заводоуправление, склады. На новом месте, в течение 1945–1949 гг. ОКБ Сухого проектировало реактивные истребители Су-9 («Л»), Су-11 («ЛК») и Су-13 («ТК»), опытный реактивный бомбардировщик Су-10 («Е»), двухмоторный разведчик-корректировщик Су-12 («РК»), реактивный штурмовик Су-14 («Н»), истребитель-перехватчик Су-15 («П»), свой первый сверхзвуковой истребитель Су-17 («Р»)… Отдельной важной работой стало создание на базе серийного Ту-2 учебно-тренировочного бомбардировщика УТБ-2, запущенного в довольно крупную серию. А вот остальным машинам Сухого того периода повезло меньше — они так и остались опытными, а некоторым из них (Су-10, Су-13, Су-14, Су-17) даже и не довелось подняться в воздух.
Постановлением Совета Министров СССР от 14 ноября 1949 г. (и приказом министра от 18 ноября того же года) тематика завода № 134 была круто изменена — он передавался ОКБ главного конструктора И.И. Торопова в качестве опытной базы для работ по авиационному вооружению. По тому же постановлению самолетостроительное ОКБ главного конструктора П.О. Сухого подлежало ликвидации. На территории «суховского» завода № 134 в Тушино сейчас располагается ГосМКБ «Вымпел» им. И.И. Торопова, знаменитое своими разработками авиационных ракет «воздух-воздух». А «московскую» часть завода (на Ленинградском проспекте) занимает Государственный НИИ авиационных систем (решение о передаче «институту авиационного вооружения» — НИИ-2, как тогда именовался нынешний ГосНИИАС, сооружений на территориях «а» и «б» завода № 134 у метро «Аэропорт» было принято еще в мае 1946 г.).
Возродиться ОКБ Сухого смогло только четыре года спустя. 14 мая 1953 г. Павел Осипович Сухой назначается главным конструктором московского ОКБ-1, которое в течение года до этого под руководством В.В. Кондратьева предпринимало тщетные попытки воспроизведения американского истребителя F-86 «Сейбр». По постановлению Правительства от 5 августа 1953 г. перед коллективом встают новые ответственные задачи: разработка сверхзвуковых истребителей со стреловидным и треугольным крылом. Для их постройки новому ОКБ Сухого выделяется и новая производственная база — опытный завод № 51 на окраине Центрального аэродрома Москвы, на ул. Поликарпова. В январе 1954 г. конструкторское бюро главного конструктора Сухого получает название ОКБ-51.