当时处于对立阵营的苏联人当然不甘落后，作为回应，苏联于69年开始进行有针对性的对未来前线战斗机招标，其主要目标就是要超越F-15，所以这个计划也简称为“反F-15”计划。
参与竞标的有雅克福列夫设计局的雅克-45，米高扬设计局的米格-29以及苏霍伊设计局的苏-27。
经过一番激烈竞争后，当局决定发展较轻的米格-29以对抗F-16、发展重型的苏-27以对抗F-15。
作为重型拦截歼击机，苏-27的主要设计战术要求是：最大速度达到2500公里/小时（海平面最大速度1500公里/小时）；最大升限18500米；航程2500公里；能够消灭高度为30米到18000米、时速2400公里（海平面时速1400公里）的敌机；能够在1200米长的跑道上起降。
苏-27较以往的苏系飞机最大的创新有两个：翼身融合技术与4余度模拟电传操纵系统，这使得苏-27成为前苏联首架具有放宽安定性的飞机。
优秀的整体气动布局还使得机身可以放置大量燃油，要达到2500公里的航程需要5350公斤的燃油，而苏-27可以盛放9000公斤的燃油。
尽管燃油重量指标远远超过了设计要求，但这也带来一些问题，按设计要求苏-27的机身强度应能在80%载油量时可以承受8G的过载，而这个80%的载油量是针对5350公斤而言的。
如果在载油量为9000公斤时达到这个要求的话，那么为加强强度，飞机的空重将会增长到一个可怕的数字。
为此，设计师将设计指标改为标准油箱容量为5350公斤，剩下的3650公斤燃油空间则作为内部附油箱。
这样，苏-27的最大油量航程由原来的2500公里增长为4000公里。
首架苏-27原型机T-10-1于77年初出厂，并于77年5月20日在
儒可夫斯基试飞研究院完成其处女航，试飞员是伊留申。
78年T-10-2也出场了，但不久后就由于电传操纵系统故障而坠毁，试飞员耶夫根尼·索罗维约夫不幸牺牲。
通过与由波兰间谍马里安·佐查斯基搞来的F-15性能资料相对比，设计师发现T-10还不能与它的竞争对手相比，很多地方仍处下风。
这疑对花了10年时间费尽心思的苏联人来说是个沉痛打击。究竟是把中等水平的飞机推向生产线，还是继续改进呢？
苏-27的设计师西蒙诺夫顶住来自工厂、研究所内部外部、政府领导层的压力，为了设计出最完美的飞机下令从头来过，几乎重新设计苏-27。
实践证明他是正确的。
飞机气动布局做了重新设计：加大机翼面积、减小后略角、除去翼刀、将弧性的翼梢改为方形并加导弹发射轨、后缘襟翼和副翼改为单一的襟副翼并增加了计算机控制的前缘襟翼、减速板从机身下方改为与F-15一样的机背减速板。
进气道改进：为了避免引擎吸入跑道上的杂物，前起落架向后移到两个进气道之间，进气道内也加装防杂物吸入的网状隔板。
发动机舱重新设计：机匣由发动机底部移到了上部，这样双垂尾也得挪个地方而放置到两个发动机外侧，而尾喷口也变为可调式。
以上几处改进使得飞机的横截面面积大幅减小，综合提高了苏-27的机动性、速度、航程，其他诸如机头、机尾、座舱、起落架等许多地方也作了明显的改进