В начале 60-х линейка самолетов ОКБ Сухого пополнилась перехватчиком Су-15. Первые летные испытания были произведены 30.05.1962г. В.С.Ильюшиным, известным летчиком испытателем.

Постановлением правительства Советского Союза от 30 апреля 1965 года Су-15 был поставлен на вооружение и тогда же запущено серийное производство. Тогда же самолет под заводским шифром Т-58 был официально назван Су-15. РЛС переименовали в РП-15, ракеты стали называться Р-98, и окончательно комплекс перехвата получил название Су-15-98.

Серийное производство требовало провести важные доработки комплекса. С целью повышения эффективности элеронов, был увеличен их размах. Крыло тоже «подросло на 720 мм.

Более ранние серии самолета не были оборудованы автопилотом. Система управления САУ-58 была создана с целью обеспечить автоматизацию полета на перехват, руководствуясь командами с земли через систему наведения «Воздух-1» с передачей данных посредством системы «Лазурь».

В 1969 году серийные Су-15 стали оснащать системой УПС, и установкой, регистрирующей полетные параметры САРПП-12В-1. На заводе были проведены приемо-сдаточные испытания, в ходе которых установили, что машина не выдерживает ТУ по величине потолка. В результате был подписан согласительный протокол, и максимальное значение высоты полета установили 18100 м вместо запланированных 18500 м.

Повторные испытания с новой парой двигателей позволили достичь желаемой высоты полета, и при полете с одним ПТБ самолет сумел достичь рубежа перехвата в 195 км.

На вооружении у истребителей были ракеты с радиолокационной, либо ИК-системой наведения Р-8 и ее модификациями. Под фюзеляжем могли быть размещены контейнеры УПК-23-250 включающие пушки ГШ-23Л (23 мм). Допускалась подвеска бомб 250 кг калибра.

В 1976 г. создание самолета нового поколения Су-27 завершалось, и выпуск перехватчика Су-15 стал бесперспективным.