Mimo że efektywność użycia nowego samolotu znacznie się zwiększyła, postanowiono go dalej modernizować, tworząc wersję Su-25TM (oznaczenie biura konstrukcyjnego T-8TM). Miała być wyposażona w podwieszane pod skrzydłami zasobniki ze stacją radiolokacyjną Kinżał oraz termowizorem Chod. Rozwój radaru Kinżał został zarzucony, również termowizor Chod okazał się zawodny, wobec czego zastosowano podwieszany pod kadłubem zasobnik z nowoczesnym radarem Kopjo-25, rezygnując z przenoszenia dwóch środków obserwacji technicznej naraz. Ulepszono też inne wyposażenie. Z uwagi na posiadanie radaru, w zestaw uzbrojenia włączono pociski powietrze-powietrze średniego zasięgu R-27R i R-77, próbując promować samolot na rynkach zagranicznych jako substytut myśliwca wielozadaniowego. W 1995 roku oznaczenie samolotu zmieniono na Su-39. Prototyp T-8TM1 został przebudowany z T-8M1 i oblatany 4 lutego 1991 roku, następnie przebudowano jeszcze jeden prototyp. Dwa dalsze prototypy zbudowano i oblatano w Ułan-Ude w 1995 i 1997 roku.