К работам по проектированию перспективного истребителя нового поколения Су-27 ОКБ Сухого приступил в 1969 году. Предусматривалось создание высокоманевренного истребителя, обладающего большой дальностью полета, мощным вооружением и совершенным прицельно-навигационным оборудованием, позволяющими ему эффективно вести как дальний ракетный, так и ближний маневренный воздушный бой.

В конструкции истребителя, получившего в ОКБ обозначение Т-10, предполагалось использовать ряд принципиально новых решений. В 1970 году был разработан первый вариант внешнего вида будущего истребителя, воплотивший в себя основные признаки интегральной аэродинамической компоновки. Самолет должен был иметь несущий корпус с плавным сопряжением крыла и фюзеляжа, два расположенных под ним в изолированных мотогондолах турбореактивных двигателя и двухкилевое оперение. Для реализации заданных летных характеристик в разных диапазонах высот и скоростей полета крылу нового истребителя придали оживальную форму и снабдили его корневым наплывом. По расчетам разработчиков, наплыв должен был обеспечивать необходимые несущие свойства при перемещении фокуса крыла на сверхзвуке и генерировать вихри, повышающие эффективность крыла, оперения и рулей.

Впервые на этом самолете была реализована концепция продольной статической неустойчивости на дозвуковых скоростях полета с обеспечением продольной балансировки автоматикой посредством электродистанционной системы управления. Традиционной механической проводки управления в продольном канале самолет не имеет.

В 1972 году комиссия заказчика одобрила проекты ОКБ Сухого и ОКБ Микояна, поручив этим коллективам продолжить разработку новых самолетов: Су-27 (Т-10) - по программе тяжелого многоцелевого перспективного фронтового истребителя (ПФИ) и МиГ-29 - по программе перспективного легкого массового фронтового истребителя (ЛФИ). В качестве основных боевых задач для обоих самолетов было определено ведение высокоманевренного ближнего воздушного боя и ракетного боя на средних дистанциях, перехват воздушных целей в свободном пространстве и на фоне земли в передней и задней полусферах, поражение наземных целей. При этом планировалось, что Су-27, располагающий большим запасом топлива и боеприпасов, более совершенными системами навигации, обороны и связи, будет решать свои задачи автономно в составе группы на достаточной оперативно-тактической глубине (250-300км) над чужой территорией, а более легкий и дешевый МиГ-29 - только над своей территорией и в пределах тактической глубины противника (100-150км). Кроме того предусматривалось, что при специальной комплектации оборудования и вооружения Су-27 можно будет использовать в войсках ПВО страны.

К сожалению, П.О.Сухой не дождался появления на свет нового истребителя: он умер в 1975 году, а ОКБ, получившее его имя, возглавил Е.А.Иванов.

Оживальная форма передней кромки крыла самолета Т-10 не позволила установить предкрылки. Крыло имело стандартную механизацию: элероны и закрылки, а на законцовках крыла были размещены противофлаттерные грузы. Аналогичные грузы были установлены на горизонтальном и вертикальном оперении. Кили располагались по центру мотогондол, а форсажные камеры двигателей были закрыты обшивкой. Фонарь кабины пилота сдвигался назад. Передняя стойка шасси убиралась назад, а большие створки основных стоек шасси выполняли роль аэродинамических тормозов.

В мае 1977 года шеф-пилот ОКБ Владимир Сергеевич Ильюшин поднял Т10-1 в первый полет. Из-за неготовности новых ТРДДФ АЛ-31Ф машину оснастили двигателями АЛ-21Ф-3АИ. Второй опытный самолет в 1978 году потерпел катастрофу, повлекшую гибель летчика-испытателя ОКБ Соловьева. Причиной происшествия стал сбой в работе системы управления, возникший при полете с высокой сверхзвуковой скоростью. Расшифрованные после катастрофы пленки системы объективного контроля свидетельствовали о том, что самолет попал в неисследованную до этого область резонансных режимов, в результате чего произошло его разрушение в воздухе.

Испытания показали, что данные самолета значительно ниже требуемых. Сочетание принятой формы крыла и конфигурации наплывов вызывало ранний срыв потока, что влекло за собой ухудшение несущих свойств планера и возникновение тряски. Генеральный конструктор Евгений Иванов надеялся на возможность постепенной доводки истребителя принятой компоновки за счет незначительных доработок конструкции, но главный конструктор Михаил Симонов настаивал на радикальной переработке проекта. В результате появился самолет Т-10С, который и стал прототипом истребителя Су-27.