В процессе госиспытаний в системе «Тайфун» выявились существенные недостатки. Она была доработана («Тайфун-М») и установлена на перехватчик, получивший обозначение Су-15ТМ.

Кроме этого, по требованию военных для фронтового применения доработали систему вооружения самолета. Наряду с ПТБ, на подфюзеляжные узлы подвешивались бомбы, пушечные контейнеры или блоки НУРС.

Самолет вышел на заводские испытания в начале 1970-го, а в августе начались госиспытания с РЛС «Тайфун-М». С февраля 1971-го к нему подключилась вторая машина с доработанной РЛС.

В декабре этого же года на госиспытания поступили два первых серийных Су-15ТМ с РЛС «Тайфун-М». В летных испытаниях, принимали участие летчики-испытатели ГНИКИ ВВС В.И.Мостовой, Э.М.Колков, В.В.Мигунов и С.А.Лаврентьев.

Запущенный в серийное производство в начале 70-х годов перехватчик Су-15ТМ на протяжении многих лет оставался одним из основных истребителей авиации ПВО страны.