В 1958 году машина вновь подверглась модернизации – на ней установили новую БРЛС-"ОРЕЛ". Это привело к увеличению размеров носовой части фюзеляжа. изменению состава оборудования. Масса самолета увеличилась, и двигатель был заменен на АЛ-7Ф-2 с тягой на форсажном режиме до 10100 кгс. В состав вооружения вошли две управляемые ракеты Р-8 класса "воздух-воздух". одна – с тепловой головкой самонаведения (ТГО другая – с радиолокационной (РГС). Самолет получил индекс Т-47, и с 1962 года серийные перехватчики Су-11 (по коду НАТО – Flshpot С) стали поступать в части авиации ПВО.
В 1958-59 годах на базе Т-43 были спроектированы и построены экспериментальные машины Т-49 и Т-5. Первая предназначалась для летных испытаний боковых секторных воздухозаборников, в на второй проводились исследования двухдвигательной схемы, в частности – отработка сопловой части фюзеляжа. Результаты этих экспериментов легли в основу созданий нового самолета. Начало работ над ним совпало с периодом, когда у руководства страны укрепилось мнение о неперспективности авиации, и финансирование авиационной тематики практически прекратилось. И все же. несмотря на финансовые и другие трудности. самолет построили. 30 мая 1962 года В. С. Ильюшин совершил первый полет на новом перехватчике Т-58Д-1.
Внешне Т-58 значительно отличался от своих предшественников. Антенну БРЛС "ОРЕЛ-Д", имевшую большой диаметр. разместить в конусе воздухозаборника не представлялось возможным, поэтому ею была полностью занята носовая часть фюзеляжа, а воздухозаборники, сместившись назад, стали боковыми. Технологически фюзеляж разделялся на головную и хвостовую части, а разъем между ними служил для удобства установки и замены двигателей. Силовая установка самолета включала в себя два двухвальных турбореактивных двигателя Р11-Ф2С-300 разработки КБ Сергея Константиновича Туманского. с тягой на фор сажном режиме по 6200 кгс. (На последних сериях применялись Р13-300 – по 6600 кгс.) Кроме двигателей в фюзеляже размещались: герметическая кабина с фонарем, топливные баки-отсеки и другое оборудование. В хвостовой части фюзеляжа были установлены четыре тормозных щитка.
Крыло треугольной формы в плане, площадью 34.56 м3 , имело угол стреловидности 60' по передней кромке. Для увеличения подъемной силы на взлете и посадке каждая консоль была оснащена поворотным закрылком с системой управления пограничным слоем (УПС) 1*, наличие которой способствовало повышению эффективности закрылков, препятствуя срыву пограничного слоя при выпуске их на 45°. Первоначально на новом перехватчике (в серийное производство он пошел под обозначением Су-15) система УПС не подключалась, и максимальный угол выпуска закрылков ограничивался 25°. Для уменьшения индуктивного сопротивления и улучшения взлетно-посадочных характеристик с 11-й серии самолета конструкция крыла претерпела изменения: площадь была увеличена до 36,6 м
