Одновременно «Сапфир» отрабатывался в ЛИИ на летающей лаборатории, созданной на базе опытного пассажирского самолета Ту-11О. В дальнейшем к испытаниям подключились самолеты «23-11/4», «23-11/5», «23-11/6» и «23-11/9». Всего в программе заводских и Государственных испытаний МиГ-23 было задействовано девять машин. В полетах участвовали «фирменные» летчики: П. М. Остапенко, М. М. Комаров, Б. А. Орлов и А. Г. Фастовец, а также испытатели ЛИИ и ГК НИИ ВВС. Как писал Б. А. Орлов, МиГ-23 произвел на него в целом хорошее впечатление. Самолет понравился своей «летучестью» и неплохим обзором из кабины. Однако управляемость истребителя оставляла желать лучшего. Кроме уже названных ведущих инженеров, выполнение испытаний обеспечивали: А. М. Герасименко, В. Д. Троицкий, В. С. Романычев, В. Н. Уткин, А. С. Вьюшков и многие другие специалисты. Был задействован практически весь штат авиатехников летной станции ОКБ в Жуковском.

14 апреля 1968 г. Остапенко и Комаров провели комплекс испытаний ракетного вооружения самолета, выполнив в общей сложности 16 пусков УР К-23 и К-13 на высотах 5000-17000 м в широком диапазоне скоростей. Испытания проводились на экземпляре самолета, не имевшем РЛС, и ракеты после пуска не управлялись. Вскоре на «23-11/1» установили более мощный вариант двигателя Хачатурова – изделие Р-44 (тяга на форсаже 9000 кгс). В дальнейшем в полетах был испытан еще более мощный ТРДФ Р-47 (10000 кгс).

Новые задачи – новый облик

21 мая 1969 г совершил первый полет серийный истребитель МиГ-23С. Его выпуск развернули на Московском машиностроительном заводе (ММЗ) «Знамя труда» (в настоящее время – МАПО). Увы, доводка важнейшего элемента оборудования самолета – РЛС РП-23 «Сапфир-23» – затянулась, и поставляемые в войска машины пришлось оснащать станциями РП-22, которые использовались и на модернизированных МиГ-21. По аналогичной причине отсутствовал на первой серийной модификации МиГ-23 и теплопеленгатор ТП-23.