По мере поступления Су-15ТМ в строй у военных созрело желание получить на его базе «спарку». В конце 1974 г. в ОКБ Сухого началось проектирование такого самолета, получившего фирменный шифр У-58ТМ. Весной следующего года в Новосибирск уже передали полный комплект техдокументации для выпуска машины. И лишь 16 июля вышел приказ МАП, по которому ОКБ получило официальное задание на эту работу.
Конструктивно машина была выполнена на базе Су-15ТМ последних серий, причем на этот раз за счет сокращения состава БРЭО кабину инструктора организовали без удлинения фюзеляжа и даже без уменьшения объема топливных баков. Для ликвидации проблемы «запаса стабилизатора» на посадке на «спарке» решили устаченной площади. Как и в случае с Су-15УТ, новую «спарку» не оснастили полным комплектом оборудования перехватчика. На ее борт не попали многие системы, включая РЛС «Тайфун-М», САУ-58, аппаратуру «Лазурь-М». Однако военные требовали, чтобы на этом самолете можно было выполнять некоторые боевые режимы, т.е. он должен был стать учебно-боевым. При отсутствии РЛС добиться этого позволяло использование ракет с тепловыми ГСН, поэтому У-58ТМ оснастили системой вооружения для применения ракет Р-98Т и Р-60. Кроме того, предусмотрели подвеску под фюзеляжем двух контейнеров УПК-23–250.

Опытную машину строить не стали, а испытания решили провести сразу на первой серийной. Ее постройку завершили в начале апреля 1976 г., а 23 числа заводские летчики В.Т.Выломов и В.А.Белянин выполнили на ней первый полет. К 28 апреля самолет «своим ходом» перебазировали на ЛИиДБ ОКБ. Ведущим инженером по нему был назначен Ю.К.Калинцев, ведущим летчиком-испытателем - Е.С.Соловьев, а его напарником - Ю.А.Егоров. В течение мая они выполнили 13 полетов. Судя по акту ЛКИ, никаких существенных особенностей в аэродинамике «спарки» обнаружено не было, и ее перегнали во Владимировку.

Госиспытания самолета, которые проводили летчики ГК НИИ ВВС Е.С.Коваленко, В.В.Картавенко, О.Г.Цой и В.Е.Костюченко, прошли довольно оперативно - с 23 июня по 25 ноября. Всего за время ГСИ состоялось 72 полета, из них - 60 зачетных. В результате самолет был рекомендован для принятия на вооружение с формулировкой: «Пригоден для обучения и тренировки летного состава взлету и посадке, всем элементам полета и некоторым видам боевого применения ...». На вооружение, как и в случае с Су-15УТ, он был принят по упрощенной процедуре - приказом министра обороны в 1977 г., получив официальное обозначение Су-15УМ.

Эта машина («изделие 43») выпускалась довольно крупными сериями. Единственной серьезной доработкой Су-15УМ в ходе производства стала установка РСБН-5С. Желание военных обучать летчиков посадке на «спарке» с использованием этой системы было вполне оправданно, вот только вспомнили об этом поздновато. Такую аппаратуру устанавливали на серийных Су-15УМ, начиная с 4-й серии, и в строй дооборудованные машины стали поступать в 1978 г. Выпуск «спарок» официально завершился в 1980 г., но три самолета задержали на ЛИСе. Два из них сдали заказчику в феврале следующего года, а машину №04–45, ставшую последним «сошедшим с конвейера» самолетом этого семейства, заводские летчики И.Я.Сушко и Ю.Н.Харченко облетали только 14 февраля 1982 г.

Лётно-технические характеристики	Су-15УМ
Экипаж, чел	2
Размах крыла, м	9,43
Длина, м	22,03
Высота, м	4,84
Площадь крыла, м2	36,60
Масса пустого самолёта, кг	10800
Масса нормальная взлётная, кг	17200
Масса максимальная взлётная, кг	17900
Максимальная скорость (у земли), км/ч	1200
Максимальная скорость (на высоте 12000 м), км/ч	1850
Практическая дальность, км	1210
Боевой радиус действия, км	580
Практический потолок, м	17500

Двигатели
Вариант	Тип	Модель	Кол-во	Тяга, кгс
1	ТРДФ	Р-13-300	2	2 х 65,70

Авиационное артиллерийское оружие
Вариант	Тип	Модель	Калибр, мм	Кол-во	Боекомплект
1	Пушка	ГШ-23Л	23	2 (в УПК-23-250)	2 х 125 = 250

Авиационные средства поражения
Вариант	Тип	Модель	Масса, кг	Кол-во	Нагрузка, кг
1	УР ВВ СД	Р-98
	УР ВВ ББ	Р-60

Классификаторы
Базовое применение	Учебно-боевой истребитель
Другое применение	Истребитель
Тип двигателя	Реактивный
Тип фюзеляжа	Однофюзеляжный
Конструкция крыльев	Моноплан
Тип оперения	Нормальное однокилевое
Тип ВПУ	Сухопутный трехопорный (передняя)
Расположение двигателей	В фюзеляже
Период	1962-1975

Дополнительная информация
Принят на вооружение	1976