Pierwsze próby lądowania z hakiem i aerofiniszerem oraz startu ze skoczni, prowadzono w bazie naziemnej Nitka na Krymie w 1982 roku. W próbach wziął udział nieznacznie zmodyfikowany prototyp Su-27 (T-10-3). W 1984 roku prowadzono próby kolejnego prototypu T-10-25 przebudowanego z seryjnego Su-27, ze wzmocnionym podwoziem, przystosowanego do współpracy z aparaturą naprowadzania Riezistor-4K. W maju 1985 roku Wiktor Pugaczow oblatał eksperymentalną wersję Su-27 z dodatkowym przednim usterzeniem poziomym. Dalsze próby samolotu pokładowego prowadzono od maja 1985 roku na prototypie T-10-24 w tej samej konfiguracji. Wersja ta, z dodatkowym przednim usterzeniem, stała się podstawą do skonstruowania myśliwca pokładowego Su-27K (oznaczenie fabryczne T-10K, od ros. korablennyj – okrętowy). Projekt został zatwierdzony przez dowódcę marynarki w lutym 1985 roku.
Pierwszy prototyp T-10K-1 oblatano 17 sierpnia 1987 roku, latem 1988 otrzymał składane skrzydła. 28 września 1988 maszyna uległa katastrofie podczas realizowanych prób (pilot doznał urazu). Dalsze testy kontynuowano na T-10K-2, oblatanym 22 grudnia 1987. 1 listopada 1989 roku W. Pugaczow odbył pierwsze lądowanie na pokładzie lotniskowca „Admirał Kuzniecow”.