Т-58ВД — одноместный экспериментальный самолёт с комбинированной силовой установкой, состоящей из двух маршевых и трёх подъёмных турбореактивных двигателей; предназначался для исследований взлёта и посадки на бетонированных и грунтовых взлётно-посадочных полосах при использовании двигателей вертикальной тяги и изучения возможности дальнейшего их применения на перспективных самолётах укороченного взлёта и посадки. Самолёт представлял собой среднеплан с крылом треугольной формы, боковыми. воздухозаборниками и стреловидным оперением. Подъёмные турбореактивные двигатели установлены под небольшим углом в центральной части фюзеляжа и снабжены двумя ковшеобразными воздухозаборниками и управляемыми створками-лопатками на выходе. Лётные испытания проводились в 1966—1967.
Су-27 — цельнометаллический истребитель интегральной схемы с двумя турбореактивными двигателями АЛ-31Ф. Имеет электродистанционную систему управления, позволяющую получить оптимальную «неустойчивость» самолёта; автоматически отклоняющуюся механизацию передней и задней кромок крыла; автоматическую систему ограничения допустимого угла атаки и предельной перегрузки в процессе пилотирования; воздухозаборники, обеспечивающие устойчивую работу двигателей на любых углах атаки и во всём диапазоне скоростей полёта и имеющие защиту от попадания в двигатель посторонних предметов; лёгкую, прочную и технологичную конструкцию с применением титановых сплавов. Система управления вооружением — импульсно-доплеровская радиолокационная станция со способностью поиска и сопровождения целей на фоне земли и оптико-электронный локатор с нашлемной системой целеуказания. Вооружение — пушка калибра 30 мм и до 10 ракет «воздух — воздух» (ракеты ближнего боя с ИК ГСН, ракеты средней дальности с полуактивной радиолокационной ГСН или пассивной ИК ГСН, ракеты увеличенной дальности с полуактивной радиолокационной ГСН). Су-27 — первый в мире самолёт, на котором продемонстрирована новая фигура высшего пилотажа — «кобра Пугачёва» (названа по имени В. Г. Пугачёва); при выполнении этой фигуры машина движется вперёд с углом атаки 120{{°}} — практически вперёд двигателями. В 1986—1988 на рекордном варианте этого самолёта (П-42) установлено 27 мировых рекордов скороподъёмности и высоты горизонтального полёта. На базе Су-27 выпускаются двухместный учебно-боевой истребитель Су-27УБ для переподготовки лётчиков, обладающий всеми боевыми возможностями одноместного истребителя, и корабельный истребитель Су-27К.
Третье направление в деятельности ОКБ — бомбардировщики и тяжёлые экспериментальные самолёты, среди которых можно выделить УТБ-2 и Т-4 .
УТБ-2 — учебно-тренировочный бомбардировщик с двумя поршневыми двигателями АШ-21 и двухлопастными воздушными винтами ВИШ-111 — первый самолет ОКБ такого класса, строившиеся серийно. УТБ-2 спроектирован и построен на базе серийного самолёта Ту-2 цельнометаллической конструкции. Трапециевидное крыло (с одним главным и двумя вспомогательными лонжеронами) состоит из центроплана (соединённого неразъёмно с фюзеляжем) и двух отъёмных консолей, снабжено простыми (не выдвижными) взлётно-посадочными щитками. Задание на проектирование было выдано в связи с острой необходимостью иметь на вооружении учебно-тренировочный бомбардировщик, который могли бы освоить лётчики невысокой квалификации. УТБ-2 заменил устаревшие самолеты УСБ и Пе-2У. Основное внимание уделено экономичности, лёгкости управления и простоте в эксплуатации. Взлётная масса 6546 кг; скорость полёта у земли 352 км/ч, на высоте — 380 км/ч. Максимальная дальность полёта 950 км. Экипаж состоял из пилота, штурмана, стрелка и обучаемого. Вооружение — 200 кг бомб и пулемёт УБ (УБТ). Самолёт строился серийно и находился на вооружении ВВС.
Т-4 («100») — дальний сверхзвуковой ударный самолёт с четырьмя турбореактивными двигателями РД36-41. На самолёте впервые применена и отработана система (с четырёхкратным резервированием) электродистанционного управления аэродинамическими рулевыми поверхностями (элевонами), обеспечивающая необходимые характеристики самолёта с малой степенью устойчивости в продольном путевом каналах. При проектировании выбрана схема «бесхвостка» с трапециевидным крылом малой относительной толщины и передним горизонтальным оперением, работавшим в режиме триммера. На кабине экипажа отсутствует выступающий фонарь; в крейсерском режиме полёта носовая часть фюзеляжа (до кабины) поднята, полёт осуществляется по приборам; на взлёте и посадке для обеспечения обзора носовая часть отклоняется вниз вместе с РЛС. Лётчик и штурман размещаются друг за другом; закабинный отсек оборудования имеет «коридор», дающий возможность лёгкого подхода ко всем блокам радиоэлектронного комплекса. Главные стойки шасси, размещённые в мотогондоле, — многоколёсные (по восемь колёс на каждой). Принята «пакетная» схема размещения двигателей под крылом. Впервые в СССР был применён воздухозаборник смешанного сжатия. Самолёт был оборудован новейшими навигационными и пилотажными комплексами с применением бортовой ЦВМ, которые обеспечивали эксплуатацию самолёта в любых метеорологических условиях и в любое время суток. Основной режим самолёта Т-4 — длительный полёт с большой (3200 км/ч) сверхзвуковой скоростью на высоте более 20 км. Дальность полёта — 4000 км. Конструкция самолёта в таком полёте, особенно передние кромки крыла и оперения, подвергаются в течение длительного времени высокому аэродинамическому нагреванию. В связи с этим в качестве конструкционных материалов выбраны титан и высокопрочная нержавеющая сталь, что дало ощутимый выигрыш в весовой эффективности самолёта. В процессе производства была отработана сварка титана. Самолёт проходил лётные испытания, но серийно не строился.
Новое направление в деятельности ОКБ — спортивная авиация. Су-26 — одноместный спортивно-пилотажный самолёт с поршневым двигателем М-14Р; имеет большую энерговооружённость в сочетании с оптимальной нагрузкой на крыло и отличную управляемость, позволяющие выполнять комплексы фигур высшего пилотажа любой сложности; предназначен для акробатического пилотажа, тренировок и участия в международных соревнованиях лётчиков-спортсменов экстракласса. Су-26 — свободнонесущий моноплан со средним расположением крыла. Крыло отличается отсутствием поперечного набора и включает два лонжерона из углепластика и обшивку из трёхслойного стеклопластика с пенопластиковым заполнителем; аналогичная конструкция и у оперения. Неубирающееся шасси рессорного типа. Каркас фюзеляжа сварен из стальных высокопрочных нержавеющих труб, обшивка — стеклопластик.
Су-26М (в серии Су-26) — модифицированный самолёт с поршневым двигателем М-14П; изменены профили крыла и хвостового оперения, обводы фюзеляжа, фонаря и киля, капот двигателя; между фюзеляжем и крылом введён зализ. Конструкция крыла и оперения — набор нервюр и лонжеронов, вся обшивка — из композиционных материалов (углепластиков, органопластиков). Первый советский самолёт, поставлявшийся в США (Су-26МХ).
Многие самолёты ОКБ имени П. О. Сухого строились крупными сериями. В производстве и на вооружении они находились длительное время, например, самолёты типа Су-7 (25 лет). Развитие и совершенствование самолётов Су обеспечиваются максимальной преемственностью в производстве и эксплуатации, высоким ресурсом и повышением безопасности полётов.