Появление первых серийных МиГ-23С в строевых частях разочаровало летчиков: были велики ограничения по перегрузкам (максимальная эксплуатационная перегрузка, которая должна была составить 7,0, из-за недостаточной прочности планера была уменьшена вдвое), крылья "трещали" и в части приходилось постоянно направлять ремонтные комплекты поворотных консолей. Из-за трещин в сварных швах центрального интегрального бака происходили протечки топлива в канал воздухозаборника (в результате было потеряно несколько истребителей). Учебные воздушные бои между МиГ-21 и МиГ-23 однозначно доказывали превосходство более маневренного "двадцать первого". Серийное производство МиГ-23С велось на Московском машиностроительном заводе (ММЗ) "Знамя труда" (в настоящее время - МАПО им. Дементьева). В 1969-1970гг. было построено приблизительно 50 самолетов, после чего завод перешел на выпуск новых модификаций истребителя. Параллельно с истребителем МиГ-23С в части начал поступать учебно-боевой самолет МиГ-23УБ, на котором был установлен ТРДФ Р-27Ф2М-300, имеющий увеличенную тягу (67,6 кН / 6 900 кгс и 980 кН / 10 000 кгс на форсажном режиме). "Спарка" оснащалась РЛС РП-21. Для этого самолета, имевшего увеличенную массу, было создано крыло с большей хордой, оснащенное вихрообразующим "клыком" на передней кромке подвижной части. Серийное производство самолета МиГ-23УБ осуществлялось на иркутском авиазаводе в 1970-1978 годах.

Необходимость дальнейшего совершенствования БРЭО и вооружения, что вызывало возрастание массы самолета, а также недостаточные маневренные характеристики истребителя МиГ-23С потребовали применения крыла увеличенной площади с усовершенствованной аэродинамикой (как на МиГ-23УБ). Модернизированный самолет МиГ-23М, оснащенный таким крылом, новым оборудованием и двигателем, а также дополнительным фюзеляжным топливным баком, совершил первый полет в июне 1972г. (летчик-испытатель А.В. Федотов). Вооружение истребителя, имевшего усовершенствованную РЛС "Сапфир-23Д", позволявшую сопровождать цели на фоне земли, теплопеленгатор ТП-23 и оптический коллиматорный прицел АСП-23Д, составили УР средней дальности Р-23Р (радиолокационная полуактивная система наведения) и Р-23Т (ИК самонаведение), а также УР с ИК самонаведением малой дальности К-13М. В дальнейшем на вооружение самолета МиГ-23М поступили первые в мире УР ближнего боя Р-60 и Р-60М, созданные под руководством М.Р. Бисновата и способные запускаться при перегрузке истребителя, равной 7, т.е. практически на пределе маневренных возможностей самолета. Для поражения наземных целей истребитель оснащался УР Х-23, неуправляемыми авиационными ракетами (НАР) и свободнопадающими бомбами калибром до 500 кг. Самолет получил новый автопилот и колонку управления с автоматом регулирования усилий.

МиГ-23М также не заслужил особой любви у летчиков, хотя в его конструкции и были устранены многие недостатки первой модификации самолета. Однако выпуск МиГ-23М постоянно набирал темпы, достигнув к 1976 восьми самолетов в месяц. При массовом поступлении новых истребителей в строевые части резко возросла аварийность. В 1973г. был создан вариант истребителя МиГ-23М - МиГ-23МС с упрощенной бортовой радиоэлектроникой (в частности, РЛС "Сапфир-21") и вооружением, предназначенный, в основном, для поставок на экспорт. Другой экспортный вариант самолета МиГ-23М, МиГ-23МФ (1977г.) имел более мощную РЛС. МиГ-23 различных модификаций оснащались катапультным креслом КМ-1, несколько позже на истребители начали устанавливаться кресла КМ-1М и КМ-3.