В 1985 году в ОКБ П.О. Сухого приняли решение о проведении испытаний по дозаправке топливом в воздухе машин типа Су-27 и выяснения возможностей экипажа при длительном нахождении в полете, их работоспособности и самочувствия. С этой целью выбрали второй летный экземпляр Су-27УБ (Т-10У-2), на котором установили систему дозаправки топливом и частично изменили состав оборудования. Внешние отличия новой модификации состояли в появлении штанги системы дозаправки и смещении оптического блока на правый борт. Опытный экземпляр самолета был поднят в воздух 10 сентября 1986 года летчиками-испытателями ИАПО Г. Булановым и Н. Ивановым. Уже в июне 1987-го на этом самолете был совершен беспосадочный перелет по маршруту Москва - Комсомольск-на-Амуре, а в марте 1988-го Москва - Комсомольск-на-Амуре - Москва. В этих перелетах принимали участие летчики-испытатели ОКБ Н. Садовников и И. Вотинцев. Второй маршрут имел протяженность 13 440 км и длился 15 ч 42 мин. За это время экипажем были проведены четыре дозаправки топливом в воздухе. В результате этих работ было принято решение о создании на базе Су-27УБ новой модификации Су-27ПУ, предназначенной для авиации ПВО, с возможностью выполнения длительных полетов, уничтожения самолетов-носителей крылатых ракет до рубежей их пуска, самих крылатых ракет в полете и других воздушных целей в любых метеоусловиях днем и ночью, в условиях сильного радиоэлектронного противодействия со стороны противника, ведения боевых действий как в одиночку, так и группой и, кроме того, для непосредственного управления перехватчиками при ведении групповых боевых действий, то есть в качестве ВКП.

Для отработки этой концепции летом-осенью 1988 года на заводе, силами сотрудников Иркутского филиала ОКБ Сухого под руководством В. Макрицкого и местных специалистов, были доработаны два серийных Су-27УБ производства ИАПО Т-10У-5 и Т-10У-6, получившие в ОКБ обозначение Т-10ПУ-5 и Т-10ПУ-6, а на заводе - "изделие 10-4ПУ". Осенью 1988-го приступили к испытаниям первого из этих образцов (поднялся в воздух 31 декабря 1989 года с заводского аэродрома Иркутского авиационного завода), а вскоре последовало правительственное решение о разворачивании серийного производства Су-30 (такое название получила машина) на том же заводе. Работы возглавили заместитель главного инженера по конструкции В. Ковальков, главный технолог А. Образцов и начальник СКО В. Гудков, под непосредственным руководством главного инженера, а в последствии генерального директора А. Федорова. От ОКБ эти работы курировал И. Емельянов, ставший в последствии ведущим конструктором Су-30. В 1990 г. самолет Т-10ПУ-5 был переоборудован в летающую лабораторию для испытаний двигателей с ОВТ.

При запуске в серийное производство на самолете усилили центроплан и шасси, что позволило поднять взлетную и посадочную массы, в кабине летчика-оператора установили индикатор тактической обстановки, давший возможность координировать ведение группового воздушного боя. Так как продолжительность полета выросла и стала зависеть только от физических возможностей экипажа, кабины летчиков оборудовали санустройствами. Полет первого серийного Су-30 состоялся 14 апреля 1992 года. Машину пилотировали летчики-испытатели ИАПО Г.Е. Буланов и В.Б. Максименков. Большой вклад в испытания новых образцов техники на заводе внес военный летчик-испытатель 1-го класса полковник В. Подгорный. Наступивший экономический спад позволил выпустить лишь несколько (по данным BNS от 23.07.1997 г. - 8 самолетов) Су-30, пара из которых, попала в пилотажную группу "Русские Витязи" руководимую А. Квочуром. Эти самолеты (бортовые номера 596 и 597) были продемонстрированы широкой публике во время показательных полетов на авиасалоне "Мосаэрошоу-92". Серийные боевые машины находятся в настоящее время в 148-м ЦБПиПЛС ВВС (до недавнего времени - ПВО) в Савостлейке, где активно используются в летно-тактических учениях. В частности, отрабатываются приемы групповых действий в единых боевых порядках с самолетами дальнего РЛДH А-50 и истребителями-перехватчиками МиГ-31. Кодовое обозначение НАТО - Flanker-C (Маргинал).