В связи с пролетами U-2 над территорией СССР всем истребительным ОКБ была поставлена задача в предельно сжатые сроки повысить высотность создаваемых самолетов. Сухому было определено поднять потолок самолетов С-1 и Т-3 до 21000м, для чего оснастить их модифицированным вариантом двигателя с повышенной тягой, получившим обозначение АЛ-7Ф-1. Новый двигатель имел несколько больший диаметр, и для его установки пришлось расширить хвостовую часть фюзеляжа. Кроме того, задание предусматривало подвеску на перехватчик ускорителей на основе ЖРД.

В процессе доводки на Т-3 был установлен осесимметричный сверхзвуковой воздухозаборник с подвижным центральным телом. Для улучшения несущих свойств на крыле был введен наплыв ("зуб"), генерировавший на больших углах атаки вихрь, выполнявший функции аэродинамической перегородки. Самолету присвоили индекс Т-43 и в сентябре 1957 года Ильюшин поднял машину в воздух.

В подвижном конусе Т-43 удалось без проблем разместить достаточно компактную станцию ЦД-30, обеспечивавшую применение рекет типа К-5. Окончательно определилось назначение самолета. Теперь предусматривалось создание на базе Т-3 не просто истребителя ПВО, а комплекса перехвата, включавшего наземную систему наведения и управления "Воздух-1" и собственно перехватчик, оснащенный РЛС и ракетным вооружением.

Госиспытания начались в декабре 1958 года и проходили достаточно сложно. Сказывалась новизна техники, неотработанность конструкции отдельных систем и агрегатов, в том числе силовой установки и системы управления воздухозаборником. После успешного завершения госиспытаний истребитель получил войсковое обозначение Су-9. В дальнейшем с крыла был убран "зуб", на перехватчиках ликвидированы крыльевые пушечные отсеки, установили кресло КС-3, рассчитанное на большую скорость полета при катапультировании, выполнили еще ряд доработок. Перехватчики прослужили в частях до середины восмидесятых.

До конца шестидесятых годов, когда на вооружение стали поступать МиГ-25, Су-9 оставался самым скоростным и высотным боевым самолетом в СССР. Этот факт подтверждала и серия рекордов, установленных на самолетах типа Т-43.

В июле 1959 года на самолете Т-43-1, летчик-испытатель Ильюшин установил мировой рекорд, достигнув динамического потолка 28852м и превысив достижение американцев на 949м. В мае 1960 года летчик Адрианов установил на самолете Т-43-5 мировой рекорд скорости 2032км/ч на 100-км маршруте. 4 сентября 1962 года Ильюшин установил на Т-43-1, но уже с ТРД АЛ-7Ф-2 абсолютный рекорд высоты горизонтального полета 21270м, а спустя три недели Кознов на замкнутом маршруте протяженностью 500км получил среднюю скорость 2337км/ч.

В 1959 году началась разработка на базе Т-3 двухместного учебно-боевого самолета. Тема получила в ОКБ шифр У-43. Летчиков решили разместить тандемом. Для этого фюзеляж удлинили на 600мм за счет дополнительной секции, где и организовали рабочее место инструктора. Благодаря такому решению объем топлива на борту остался прежним. Заново спроектировали фонарь кабины, имевший единые обводы и две отдельные открывающиеся вверх-назад крышки. На самолете сохранили полный комплект оборудования, включая радиолокатор и систему автоматического наведения "Лазурь". Состав вооружения сократили до двух ракет К-5МС. Индикаторы РЛС установили в обеих кабинах.

Заводской этап испытаний прошел достаточно оперативно. В заключительном акте отмечалось, что машина практически во всем, за исключением обзора из кабины инструктора, соответствует требованиям заказчика. После доработки кабины, обзор был признан удовлетворительным и самолет был рекомендован в серию и для принятия на вооружение с официальным обозначением Су-9У.

Освоение Су-9 стало тяжелым испытанием как для предприятий промышленности, занимавшихся выпуском и доработками самолета, так и для частей авиации войск ПВО, переходивших на принципиально новую для себя технику. Процесс освоения самолета в строю сопровождался большим количеством летных происшествий. Ресурс АЛ-7Ф-1 первых серий был всего 25-50ч, что приводило к частым простоям машин без двигателей.

Вместе с тем строевые летчики положительно оценивали пилотажные свойства перехватчика. Машина плотно сидела в воздухе во всем диапазоне скоростей, обладал исключительными разгонными характеристиками. Из-за большой посадочной скорости посадка на Су-9 являлась самым сложным элементом полета. По мере доводки машины промышленностью и освоения ее в войсках к концу шестидесятых годов Су-9 представлял собой вполне надежный в эксплуатации перехватчик, и статистика летных происшествий на нем вышла на средний в авиации ПВО уровень.