T6-2I保留了T6-1的基本佈局，最主要的改變是將雙三角翼修改成變後掠翼，升力發動機佔用的空間改成燃油箱大幅度增加內油量。其他改變有加大脊背容納電子裝置，修改進氣口適應更大的空氣流量，升力發動機位置安裝整體桁條樑加強中機身結構強度，主起落架艙整形使內部空間更加規則。為了適應更重的武器掛載起落架被大幅度加強，採用“Phantom”G2的起落架旋轉設計使輪胎平躺進起落架艙，此舉大幅度增加了機身內部空間，起落架艙門又作為減速板可謂一舉兩得（SU-24的得意設計之一，T-10也加以效仿，結果艙門減速板尾跡衝擊平尾導致飛機激烈抖動）。

新機外掛武器重量7000公斤，機身、固定翼和旋轉翼上各佈置兩個掛架，機身右側整流罩內安裝一門2°固定向下發射角的GSH-6-23航炮，備彈500發。1970年1月17日蘇聯著名試飛員伊留申駕駛T6-2I完成首飛，之後的試飛歲月裡起初用來檢查機翼在不同後掠角的氣動效能和操穩特性，隨後加入自動飛行控制系統、地形跟蹤雷達測試低空自動飛行效能，到1976年停止飛行共完成300次試飛工作，在事故頻發的SU-24試飛階段能全身而退實屬不易。

1970年至1974共有4架原型機和13架預生產參與國家試驗，因早期型AL-21F發動機非常不可靠和飛機設計製造上一些缺陷，隨著試驗的深入和試飛架次的增多，自1973年8月起到1974年7月一年時間內連續墜毀5架飛機損失數名最優秀的試飛員，研發期間如此頻繁的飛行事故在世界航空史上是罕見的，暴露出蘇聯航空工業方方面面的不足，以及蘇霍伊設計局經驗上的欠缺。比如04-04批之前的飛機因二元三波系超音速可調進氣道不合理，高空飛行最大M數僅M1.35（超過此數進氣道即處於亞臨界狀態，隨時可能喘振導致發動機停車），之後的飛機索性關係調節功能反而提升到M1.6（進氣道臨界點，高於此M數進入亞臨界狀態，將導致進氣道喘振），21-26批SU-24和SU-24M直接取消了可調機構。

經驗欠缺的問題在T-10原型機專案上再次顯現，如不是西蒙諾夫及時發現問題並聯系多個部門堅決要求修改設計，SU-27的誕生恐怕要更加曲折）。1975年2月SU-24投入現役，後面的深入試飛、試用過程中又有數架飛機墜毀，直到1983年SU-24M服役後飛行事故發生率才降低到正常水平。1993年停產前遠東共青城加加林飛機制造廠和新西伯利亞飛機制造廠共生產約1400架SU-24，主要裝備於方面軍空軍集團軍轟炸航空兵師，也有相當一部分用於出口，從阿富汗戰爭到現在的敘利亞反恐戰爭處處可見它的身影。限於篇幅，本文主要介紹SU-24飛機的航電和武器系統，並簡述前線轟炸（殲擊轟炸）航空兵基本戰術。

雙座前線輕型轟炸機SU-24用來在戰役戰術縱深內精確殺傷敵地面（海面）移動目標和固定目標：

* 導彈核兵器，包括戰役戰術彈道導彈發射器和巡航導彈發射器；

* 機場和機場上的目標，包括各種型別的固定翼飛機、直升機、機場地面設施；

* 地面雷達站，包括遠端警戒雷達、三座標目標指示雷達、防空導彈系統火控雷達等；

* 坦克裝甲車輛，火炮和行軍或集結狀態的敵有生力量；

* 軍事工業設施和鐵路節點；

* 港口設施和其他型別的地面目標；

* 輔助前線殲擊航空兵消滅敵空中目標，包括運輸機、通訊聯絡機、校射機和直升機。

飛機戰技術指標包括飛行效能、瞄準和導航系統、機載武器等幾個方面，不同於前線航空兵以往的輕型轟炸機。作戰半徑和載彈量達到YAK-28的2倍，多型別外掛武器滿足高精度打擊的需要，綜合導航系統保證航彈轟炸的有效性，SU-24轟炸效能比YAK-28高2-3倍。X-23導彈能高精度殺傷敵各種型別的小目標，如機動式戰役戰術導彈發射器、掩體內的飛機、自行火炮等地面車輛，X-28導彈提供了遠距離精確摧毀敵雷達站的手段。綜合電子對抗系統結合準確的反導機動，大幅度提高了戰勝敵防空導彈系統的可能性。瞄準和導航系統PNS-24“美洲獅”能夠在惡劣氣象條件或夜間憑藉雷達影像有效打擊目標。

全金屬機身結合上單翼構成雙座變後掠翼佈局，兩臺AL-31F-3渦噴發動機提供飛行所需動力。位於前機身的座艙採用並列雙座方式降低結構重量，注重機組間的協作關係，改善前向觀察品質。除機身油箱外可以使用機身或固定翼掛架上的副油箱，機身和機翼上的掛點可以掛載炸彈、導彈和其他武器，彈藥和副油箱的有機結合符合現代殲擊轟炸機的最優的外掛物佈局。飛機軍械繫統規定使用特殊和常規的航空炸彈、燃燒彈、無制導火箭、空對面導彈、空對空導彈、航炮吊艙和內建航炮，活動翼下配置兩個可旋轉掛點1和6，固定翼下配置掛點2和5，機身下表面沿軸線左右並列兩個掛架3和4，08-11批飛機開始中線增加兩個串列掛架7和8，內建1門GSH-6-23航炮備彈600發。