В ходе войны в Корее был сбит американский реактивный истребитель F-86 «Сейбр». После изучения советскими специалистами трофейной машины правительство СССР в начале 1953 года приняло решение о воспроизводстве этого самолета. Для его копирования создали небольшое конструкторское бюро ОКБ-1 во главе с В.В.Кондратьевым. Наряду с текущей работой ОКБ-1 вело разработку перспективных машин, в том числе сверхзвукового истребителя с молекулярным двигателем. Учитывая актуальность темы и заявленные характеристики, предложение рассмотрели на научно-техническом совете Министерства авиационной промышленности (МАП), где оно получило отрицательное заключение, а в отношении руководителя конструкторского бюро и работ, проводимых коллективом, были сделаны, выражаясь языком того времени, оргвыводы.
В мае 1953 года главным конструктором ОКБ-1 назначили Павла Осиповича Сухого. После изучения состояния дел в ОКБ-1 Павел Осипович подготовил предложения по двум сверхзвуковым истребителям. Уже в августе 1953 года при поддержке руководства МАП П.О.Сухой добился выхода постановления о разработке этих машин. Осенью 1953 года ОКБ-1 получило производственную базу — авиазавод № 51, на котором в последние годы жизни создавал свои машины Н.Н.Поликарпов (1892 — 1944), а в 1944 — 1952 годах вел разработку крылатых ракет В.Н.Челомей. Вскоре после перебазирования ОКБ П.О.Сухого стало именоваться опытным заводом № 51 МАП.
Истребители, заданные правительственным постановлением, имели много общего: на обоих в качестве силовой установки использовался двигатель главного конструктора А.М.Люльки АЛ-7Ф тягой 10 тс; состав бортового оборудования и вооружения был практически одинаковый, площадь крыла у каждого составляла 34 м2. Различия заключались в назначении и планере машин. Истребитель с индексом «С» оснащался стреловидным крылом, а с индексом «Т» — треугольным. Каждый из двух новых самолетов разрабатывался в двух вариантах: первый вариант — фронтовой истребитель С-1 с подвижным центральным конусом, прицелом АСП-5Н с радиодальномером «Град», тремя 30-мм пушками ОКБ-16, который должны были предъявить на госиспытания в марте 1953 года, его второй вариант— перехватчик С-3 с измененной носовой частью фюзеляжа под радиолокационный прицел «Алмаз» и двумя 30-мм пушками — в мае 1955 года; фронтовой истребитель Т-1 с прицелом АСП-5Н и радиодальномером «Град», тремя 30-мм пушками со сроком предъявления на госиспытания в октябре 1955 года, второй экземпляр с измененной носовой частью под радиолокационный прицел «Алмаз» и двумя 30-мм пушками — в декабре 1955 года.
В ходе дальнейшей разработки фронтовой истребитель С-1 превратился к началу госиспытаний в С-2, на базе которого создали истребитель-бомбардировщик Су-7Б, разработка С-3 была доведена до рассмотрения макета в сентябре 1954 года, а в январе 1955 года разработку машины официально закрыли.
Осенью 1954 года ОКБ выпустило совмещенный эскизный проект на два варианта истребителя с треугольным крылом. По результатам рассмотрения и защиты эскизного проекта признали целесообразной дальнейшую разработку обоих вариантов истребителя.
Подготовку рабочих чертежей на фронтовой истребитель Т-1 закончили в декабре 1954 года, приступив к постройке первого прототипа еще в ноябре. Одновременно строился планер для статиспытаний. Сокращению сроков выпуска документации способствовала высокая степень унификации всех четырех вариантов «сверхзвуковиков».
Разработку документации на перехватчик Т-3 завершили только весной 1955 года; это было связано с приоритетностью работ по Т-1, определенных заказчиком. В ходе рабочего проектирования Т-3 в силовую схему фюзеляжа ввели лонжероны превратившие ее в полумонококовую. Для обеспечения заданной тактико-техническими требованиями дальности увеличили запас топлива на 340 кг за счет введения третьего фюзеляжного бака.
Восьмого марта 1955 года на полигоне 6-го ГосНИИ ВВС в Ахтубинске истребитель МиГ-17П сбил управляемой ракетой К-5 класса «воздух — воздух» бомбардировщик Ту-4. С самолета сопровождения Ил-28 зафиксировали прямое попадание изделия в цель. Хотя ракета имела очень скромные характеристики, руководство ВВС решило принять самолет МиГ-17 ПФУ с ракетой К-5 на вооружение. Все перспективные перехватчики предполагалось тоже вооружить управляемыми ракетами.
Еще в декабре 1954 года в тактико-техническом требовании (ТТТ) перехватчика Т-3 изменили состав вооружения: 30-мм пушки заменялись управляемыми ракетами К-6 (главный конструктор П.Д.Грушин) или К-7 (главный конструктор И.И.Торопов). В мае 1955 года руководство МАП изменило приоритеты постройки прототипов: усилия завода № 51 сосредотачивались на постройке Т-3 с использованием задела по фронтовому истребителю Т-1, работы по которому свернули к концу 1955 года. Доработанный планер Т-3 уже в конце года передали на статиспытания, в то время как постройка летной машины задерживалась из-за неготовности двигателя АЛ-7Ф, отсутствия РЛС «Алмаз» и прицельно-вычислительного устройства ПВУ-67. Вместо недостающего радиооборудования установили контрольно-записывающую аппаратуру (КЗА) и центровочные грузы. Первый прототип подготовили к испытаниям в конце апреля 1956 года. После наземной отработки в ЛИИ 26 мая летчик-испытатель В.Н.Махалин впервые оторвал машину от взлетной полосы. До 28 сентября 1956 года он выполнил на Т-3 31 полет. Во время испытательного полета 1 сентября на самолете Махалина остановился двигатель, только с пятой попытки ему удалось запустить АЛ-7Ф и благополучно завершить полет.
Истребитель-перехватчик Су-9:
1—тормозной щиток; 2—воздухозаборник охлаждения двигательного отсека; 3 — фитинг крепления хвостовой части фюзеляжа; 4—окно перепуска; 5—подвижная часть фонаря; 6—противо-помпажные створки; 7—штанга ПВД; 8—радиопрозрачный конус воздухозаборника; 9—передняя приемная двухдиапазонная (I и II диапазоны) антенна радиолокационного ответчика СОД-57М; 10—передняя антенна СРЗО-2М (III диапазон); 11 — 600-литровый подвесной топливный бак; 12—хвостовой бортовой аэронавигационный огонь; 13—руль направления; 14—антенна СОД-57М; 15—антенна радиостанции РСИУ-4В; 16—гидроцилиндр уборки (выпуска) передней опоры шасси; 17—демпфер шимми; 18—амортизационная стойка; 19—колесо КТ-51 (570×140 мм); 20—колесо КТ-89 (800×200 мм); 21 —амортизационная стойка; 22—гидроцилиндр уборки (выпуска) основной опоры; 23—левый щиток приборной доски; 24—коллиматорный прицел ПКИ; 25—индикатор прицела ЦД-30Т; 26—индикатор системы наведения «Лазурь»; 27—пульт управления ЦД-30Т; 28—правый щиток приборной доски; 29—верхнее сигнальное табло; 30—нижнее сигнальное табло; 31 —центральная панель; 32—щиток колеса; 33—крышка люка закабинного отсека радиооборудования; 34—антенна РС30-2М; 35—крышки люков отсека фильтров СОД-57М; 36—крышка люка для контроля СОД-57М; 37—крышка люка отсека приемо-передатчика СОД-57М; 38—крышка люка отсека фильтров СОД-57М; 39—задняя приемная двухдиапазонная (I и II диапазоны) антенна радиолокационного ответчика СОД-57М; 40—антенна СР30-2М; 41 —задняя антенна СР30-2М (III диапазон); 42 — бортовой разъем аэродромных сетей; 43 — створки отсека носовой опоры шасси; 44—штыревая антенна АСМ-1 системы «Лазурь»; 45—крышка люка переднего отсека радиооборудования; 46—козырек фонаря; 47—ненаправленная антенна радиокомпаса АРК-5; 48—рамочная антенна радиокомпаса АРК-5; 49 — цельноповоротный стабилизатор; 50—противофлаттерные грузы; 51—разрядник статического электричества; 52—закрылок; 53—элерон; 54—аварийный ПВД; 55—створка отсека тормозного парашюта; 56—ракета «воздух—воздух» Р-2-УС; 57—крышка отсека фотопулемета АКС-5; 58—ракетница сигнальных ракет; 59—антенна маркерного радиоприемника МРП-56; 60—балочный держатель БД-3-59Ф; 61 —посадочная фара ЛФВС-45; 62—пусковое устройство АПУ-19; 63—створка шасси; 64—щиток стойки; 65—пусковое устройство АПУ-20
В октябре закончился ресурс опытного экземпляра двигателя, установленного на Т-3. Испытания продолжили только 8 марта 1957 года, после получения нового АЛ-7Ф. Второй этап заводских испытаний проводили на доработанном Т-3: самолет укомплектовали БРЛС «Алмаз-3», ПВУ-3, радиостанцией РСИУ-4В, системой госопознавания РСЗО и новой сдвижной частью фонаря. В испытаниях на этом этапе участвовали также летчики ЛИИ В.С.Ильюшин и В.М.Пронякин, а облетали самолет — Л.Г.Кобищан, А.А.Кознов и М.Л.Петушков. В общей сложности до конца 1957 года на Т-3 выполнили около 80 полетов. Результаты испытаний показали, что надежность силовой установки оказалась как и у самолета С-2.
Максимальная взлетная масса Т-3 по сравнению с эскизным проектом возросла с 9500 до 11 100 кг. Двигатель АЛ-7Ф имел низкую надежность, максимальная тяга была меньше заданной ТТТ, а удельный расход топлива выше. Поэтому дальность и продолжительность полета истребителя оказались ниже требуемых. Вызывали нарекания перфорированные тормозные щитки, тросовые проводки управления элеронами и стабилизатором.
В ходе заводских испытаний Т-3 был получен практический потолок 18 км, но этого оказалось недостаточно для надежной защиты воздушных рубежей страны. Разработка Т-3 совпала с периодом активизации разведывательной деятельности стран НАТО и вторжением в воздушное пространство СССР их высотных автоматических дрейфующих аэростатов (АДА) и самолетов-разведчиков сразведоборудованием. Пик активности пролета АДА над территорией СССР пришелся на январь — февраль 1956 года, когда было зафиксировано до трех тысяч АДА. Из-за ограниченных возможностей истребителей и зенитной артиллерии в редких случаях советская ПВО сбивала аэростаты, выполнявшие полеты на высотах до 30 км. Чашу терпения советского руководства переполнили полеты высотных самолетов-разведчиков: с 4 по 9 июля 1956 года пять раз самолеты НАТО безнаказанно прошли над территорией СССР по маршрутам: Гродно — Минск — Вильнюс — Каунас — Калининград; Брест — Пинск — Барановичи — Каунас — Калининград. 4 июля 1956 года разведчик 11-2, взлетев с авиабазы Висбаден в ФРГ, пролетел над Москвой и Ленинградом и вернулся на свой аэродром. В это время готовился Указ Верховного Совета СССР о награждении большой группы работников авиационной промышленности за достижения в области отечественного самолетостроения, который из-за этих событий аннулировали. А в августе 1956 года вышло постановление правительства, которым предписывалось авиационным ОКБ в кратчайшие сроки поднять потолок истребителей до 21 км. Потолок разрешалось повысить облегчением самолетов за счет снятия второстепенного оборудования и части вооружения, форсированием двигателей и установкой дополнительных жидкостных ускорителей. В частности, для повышения высотности Т-3 на него предусматривалось установить форсированный двигатель АЛ-7Ф-1 с увеличенным диаметром форсажной камеры.
Выпуск документации на доработанную хвостовую часть фюзеляжа Т-3 под новый двигатель закончили в декабре 1956 г. Одновременно по результатам заводских испытаний была уменьшена площадь элеронов. Доработанную документацию передали на Новосибирский авиационный завод № 153 им. В.П.Чкалова, которому предписывалось в 1957 году изготовить 30 серийных истребителей. В случае задержки с отработкой ракеты К-7л и двигателя АЛ-7Ф-1 первые 15 машин могли быть сданы с пушечным вооружением и двигателем АЛ-7Ф. Для этого по приказу министра разработали документацию и на пушечный вариант Т-3. Для ускорения отработки двигателя АЛ-7Ф-1 несколько прототипов Т-3 превратили в летающие лаборатории: на самолете с заводским шифром ПТ-95 доводили основной вариант АЛ-7Ф-1. На второй летающей лаборатории с заводским шифром Т-39 отрабатывали впрыск воды в двигатель АЛ-7Ф-1 для повышения тяги. Для повышения высотности мартовским приказом министра в 1957 году предусматривалось оснащение самолета Т-3 дополнительным ускорителем СМ-50 с ЖРД.
Разработчики летающей лаборатории с заводским шифром Т-43 с двигателем АЛ-7Ф-1 и ускорителем СМ-50 ожидали существенного увеличения скорости самолета, а нерегулируемый воздухозаборник уже не подходил для полетов во всем диапазоне скоростей и высот. К этому времени в ЦАГИ уже достаточно хорошо изучили особенности работы круглого воздухозаборного устройства с подвижным центральным конусом и рекомендовали его для сверхзвуковых летательных аппаратов. Поэтому опытный образец Т-43 оснастили новым воздухозаборником, отличавшимся от первых опытных экземпляров С-2 острыми входными кромками обечайки. Конус имел два фиксированных положения: до скорости, соответствующей числу М = 1,35, он находился в убранном положении, затем перемещался вперед, изменяя входную площадь воздухозаборного устройства и положение косых скачков по отношению к входу заборника, снижая потери полного давления в воздушном потоке, поступавшем в двигатель.
Доработку самолета Т-43 закончили летом 1957 года. Изготовленные заводом подвесные устройства ускорителя прошли стендовые и статические испытания, но отсутствие двигателей задерживало начало летных испытаний. Двигатель для Т-43 в ОКБ П.О.Сухого получили только осенью, и 10 октября летчик-испытатель В.С. Ильюшин выполнил на самолете первый полет. В третьем полете в конце октября Ильюшин поднял новую машину на высоту 21,5 км, а еще через несколько дней он разогнал Т-43 до скорости 2200 км/ч (М = 2,06), за что ему приказом министра авиационной промышленности была объявлена благодарность.