Будучи гимназистом четвертого класса в г. Гомеле, Павел Сухой впервые увидел самолет (пилотировал его известный в те годы летчик-спортсмен Сергей Уточкин). Постройка авиамоделей и планеров увлекла молодого человека и явилась началом творческого пути будущего конструктора самолетов. Поступив в Московский университет на физико-математический факультет, Павел Сухой слушал лекции Николая Егоровича Жуковского об основах теории авиации, что в значительной степени определило его дальнейшую специальность. Трудолюбие и исключительная способность схватывать суть инженерного решения выделяла Сухого из числа студентов, ого сверстников. Сухой работал чертежником в Центральном аэрогидродинамическом институте и одновременно под руководством А. Н. Туполева выполнял там свой дипломный проект. Он обратил на себя внимание Андрея Николаевича своими способностями и вместе с тем скромностью, которая была ему очень свойственна. Закончив работу над проектом, он остался работать под руководством Туполева. Одной из первых работ, в которой он участвовал, было создание истребителя И-4 (АНТ-5). Этот цельнометаллический самолет долгое время находился на вооружении истребительной авиации.
Самолет И-4 имел несколько модификаций, одна из которых явилась составной частью летательного аппарата «Звено» Вахмистрова. Эта модификация имела сильно укороченное нижнее крыло для удобства взлета с самолета ТБ-1. Один из вариантов И-4 был вооружен пулеметами на верхнем крыле, а также динамореактивными пушками калибра 76 мм, которые устанавливались под верхним крылом.
Но при опытах с этим оружием произошел разрыв одной из пушек, что значительно затянуло испытания и внедрение в авиацию этого вида оружия.
Особый интерес представляли работы на самолете И-4 е реактивными ускорителями, установленными для повышения скорости. На истребителе подвешивалось по два агрегата, в каждом из которых монтировались три пороховые ракеты. Испытания этого самолета относятся к 1927 г., когда его создателю было около тридцати лет, В начале тридцатых годов бригадой П. О. Сухого в КОСОС (конструкторский отдел опытного самолетостроения) ЦАГИ строился истребитель И-14 (АНТ-31). В отличие от И-4 это был моноплан е низкорасположенным крылом и убирающимся в полете шасси, что являлось в ту пору новинкой в самолетострое нии. И-14 имел закрытую кабину и тормозные колеса, крыло и фюзеляж изготовлялись с гладкой обшивкой. Интересно, что в ходе испытаний было принято решение (видимо, недостаточно обоснованное) сделать кабину, как и прежде, открытой из-за имевшегося тогда ложного мнения, что в закрытой кабине неудобно управлять самолетом и значительно ухудшается обзор. Истребитель располагал мощным вооружением, состоявшим из двух пушек и двух пулеметов.
Вывод, сделанный по результатам испытаний, свидетельствовал о том, что И-14 является современным одноместным истребителем и по совокупности летных данных и вооружения может быть представлен к введению на вооружение ВВС РККА. Однако невысокая скорость машины и характерное для нее запаздывание с выходом из штопора ограничили его производство в 1935—1937 гг. Кроме того, в середине тридцатых годов прошел испытания самолет И-16, который имел лучшие летные качества и широко внедрялся в истребительной авиации.
В тот же период было решено создать истребитель с динамореактивной пушкой калибра 100 мм. Бригада П. О. Сухого приступила к проектированию самолета, который по мощности артиллерийского огня должен был превзойти все имевшиеся на вооружении истребители. ДИП — двухместный истребитель пушечный (АНТ-29) — был построен в 1935 г. и представлял собой цельнометаллический моноплан с двумя двигателями водяного охлаждения мощностью 750 л. с. каждый. Самолет имел гладкую обшивку с потайной клепкой. Однако в связи с недоведенностью пушки, неудовлетворительными характеристиками самолета по устойчивости и недоработками системы охлаждения двигателей испытания были прерваны и работы прекращены.
Продолжая работать под руководством А. Н. Туполева, Павел Осипович был назначен ответственным руководителем по проектированию и постройке самолета РД (АНТ-25) и его модификаций — ДБ-1 и ДБ-2. Самолет РД конструировался с расчетом на предельную дальность полета 13000 км. Постройка его началась в середине 1932 г., закончилась в 1933 г. Самолет был целиком изготовлен из отечественных материалов (дюралюминия и  хромомолибденовой стали). В качестве силовой установки использовался двигатель водяного охлаждения М-34 мощностью 750 л. с. конструкции А. А. Микулина. В июне 1933 г. самолет выполнил свой первый полет, а в сентябре на летных испытаниях дублера самолета РД был совершен полет на дальность 10 800 км, что было меньше проектной. Причиной явилась гофрированная обшивка крыла и оперения, создававшая дополнительное сопротивление. Обшивку заменили полотняной, в через год самолет достиг дальности полета 13020 км.
В сентябре 1934 г. на самолете был установлен мировой рекорд дальности и продолжительности полета по замкнутому маршруту над европейской частью территории СССР — 12 411 км за 75 ч 2 мин.
Началась подготовка к рекордному перелету по маршруту Москва — Северный полюс — США. 18—20 июня 1937 г. экипаж в составе В. П. Чкалова, Г. Ф. Байдукова и А. В. Белякова совершил легендарный перелет из Москвы в США протяженностью около 10 000 км (8504 км по прямой) за 63 ч 25 мин.
После перелета на дальность, свидетельствовавшего об успехах советской авиационной техники и героизме советских летчиков, самолет был представлен на XV авиационной выставке в Париже. Командир экипажа В. П. Чкалов неторопливо прохаживался по залам выставки, заметно окая, охотно рассказывал о великой стране, которую он представлял, и раздавал автографы посетителям выставки.
Знаменательно, что менее чем через 25 лет другой гражданин Советского Союза — первопроходец космоса Ю. А. Гагарин, присутствуя на авиационно-космической выставке на аэродроме под Парижем, также представлял вашу Родину в с неизменным терпением, всегда с улыбкой дарил автографы еще большему количеству граждан Франции и других государств.
Создание и доводка самолета РД являлись сложным делом, Прежде всего требовалось добиться минимального сопротивления машины в полете. Это достигалось удлинением крыла до огромных размеров (размах — 34 м) в целях снижения индуктивного сопротивления. Для разгрузки конструкции крыла от действия воздушных нагрузок почти по всему его размаху были расположены отсеки с топливом.
Полуубирающееся шасси самолета также уменьшало сопротивление, и, наконец, как уже указывалось, гофрированную металлическую обшивку обтянули хорошо отполированным полотном, что уменьшало сопротивление трения, а следовательно, и общее сопротивление самолета. РД должен был иметь один исключительно надежный двигатель. Для взлета такого сильно нагруженного самолета с 6100 кг горючего на борту потребовалось построить на аэродроме длинную взлетную полосу со стартовой горкой в начале.
Нужно сказать, что в это же время, в августе 1933 г., французские летчики Кодос и Росси совершили беспосадочный перелет протяженностью по прямой 9100 км. Советские авиационные специалисты не были уверены в том, сможет ли наш самолет превысить эту дальность. Решили проверить самолет РД в полете в пределах нашей страны по замкнутому треугольнику. Не все шло гладко. Первые две попытки окончились вынужденной посадкой машины из-за неисправности двигателя. Третья попытка увенчалась успехом, и экипаж М. М. Громова, А. И. Филина (впоследствии начальника Государственного научно-испытательного института ВВС) и И. Т. Спирина пролетел 12 411 км, что превысило рекорд французских летчиков и мировой рекорд дальности полета по замкнутому кругу. Это произошло летом 1934 г.
Однако в связи с болезнью М. Н. Громова выполнение перелета на дальность было поручено экипажам С. А. Леваневского и В. П. Чкалова, В августе 1935 г. экипажем С. А. Леваневского предпринимается попытка трансполярного перелета. Из-за неисправности маслосистемы двигателя она закончилась неудачно, и самолет вернулся из района Баренцева моря, совершив посадку на аэродроме под Ленинградом. Тогда вновь принимается решение о большом перелете над нашей территорией. Экипаж В. П. Чкалова достиг Дальнего Востока. Долетев до Камчатки, самолет повернул к материку над Охотским морем а, не имея возможности пробить облака вверх вследствие обледенения, по указанию Г. К. Орджоникидзе совершил посадку на песчаную косу о. Удд (ныне о. Чкалов). Это был июль 1936 г. И лишь в июне 1937 г. экипаж в том же составе совершил перелет через Северный полюс в США.
На другой машине марки РД экипаж в составе М. М. Громова, А. Б. Юмашева и С. А. Данилина в июле того же года осуществил перелет также по маршруту Москва — США через Северный полюс протяженностью 11 500 км за 62 ч 17 мин. В отличие от предыдущих этот самолет имел двойное управление, и, если бы не затруднения политического характера, связанные с пересечением мексиканской границы, он мог бы пролететь еще примерно 1500 км, так как после посадки в Сан-Джасинто (США) в баках оставалось достаточное для преодоления этого расстояния количество горючего.
Как уже отмечалось, самолет РД имел несколько модификаций. Вначале было принято решение о постройке головного экземпляра военного варианта самолета РД (АНТ-25) с двигателем М-34Р. Самолет получил наименование ДБ-1 (дальний бомбардировщик первый). Он имел такие же габариты и конструкцию, что и самолет РД, но на нем дополнительно оборудовался бомбовый отсек на четыре бомбы по 100 кг каждая. За отсеком помещалась кабина стрелка-наблюдателя.
Дальнейшим развитием самолета такого назначения был ДБ-2, имевший два звездообразных двигателя мощностью 800 л. с. каждый. Он должен был нести бомбовую нагрузку 1000 кг на расстояние 5000 км со скоростью 250 км/ч. Однако при летных испытаниях наблюдались колебания горизонтального оперения самолета, и он был снят с государственных испытаний в мае 1937 г. Одновременно выпускается еще один экземпляр самолета РД, получивший название ДБ-2Б «Родина» (АНТ-37бис), который отличался от двух прежних модификаций тем, что на нем были установлены еще более мощные двигатели — по 950 л. с. каждый, снято вооружение, увеличен объем баков, а кабина переоборудована применительно к рекордному перелету, который и был осуществлен в 1938 г. экипажем в составе В. С. Гризодубовой, П. Д. Осипенко и М. М. Расковой, достигшим дальности 5947 км.
В 1938 г. организуется самостоятельное конструкторское бюро под руководством П. О. Сухого. Новое КБ приступило к проектированию ближнего бомбардировщика «Иванов» под шифром ББ-1 с мощным звездообразным поршневым двигателем. Самолет был создан и после испытаний рекомендован к принятию на вооружение в качестве легкого бомбардировщика. Кроме того, он мог использоваться в вариантах штурмовика и ближнего разведчика. Отзывы летчиков-испытателей указывали на легкость управления самолетом, хороший обзор и скороподъемность. Самолет являлся образцом применения передовой и продуманной технологии.
В конструкции самолета применялись узлы, выполненные из алюминиевых сплавов методом горячей штамповки или литья. Такая технология изготовления деталей получила одобрение при испытаниях самолета, так как применение штампованных и литых узлов и деталей, открытых профилей стандартного типа, почти полное отсутствие сварки обеспечивали возможность массового поточного производстве самолетов.
Одним из вариантов ББ-1 был штурмовик ШБ. Наименование его указывало на то, что концепция специального самолета-штурмовика в то время еще не была достаточно определена, поэтому от своего прототипа он отличался только усиленным бронированием некоторых частей, улучшенной аэродинамикой двигательного капота и измененной конструкцией шасси. Мощность звездообразного двигателя воздушного охлаждения составляла 950 л. с, что являлось, видимо, недостаточным для взлетной массы этого самолета (4500 кг). В результате после летных испытаний, которые проводились в 1940 г., работы по самолету ШБ были прекращены. Началось проектирование специализированного самолета-штурмовика с более мощным двигателем.
Одновременно в январе 1940 г. на государственные испытания была предъявлена другая модификация самолета ББ-1. На модифицированном самолете устанавливался двигатель воздушного охлаждения мощностью 1100 л. с, недоведенность которого, однако, не позволила запустить машину в серийное производство, потребовалась установка более надежного двигателя большей мощности. После ряда доработок этот самолет был принят на вооружение под маркой Су-2. Самолет представлял собой летательный аппарат смешанной конструкции с деревянным фюзеляжем, крыло его имело стальные лонжероны, дюралюминиевые нервюры. 

Дальность полета составляла 850 км, максимальная скорость у земли — 378 км/ч. Самолет серийно строился на заводах и был выпущен в количестве 500 машин. Су-2 участвовал в сражениях Великой Отечественной войны в качестве штурмовика и ближнего бомбардировщика. Вооружение его состояло из 400—600 кг бомб, четырех пулеметов калибра 7,62 мм и десяти реактивных снарядов калибра 82 или 132 мм.
Модификацией Су-2 явился самолет Су-4, который имел по сравнению со своим прототипом более мощный двигатель, бронированную кабину штурмана и дополнительные пулеметы. Самолет также принимал участие в Великой Отечественной войне.
В 1941 г. был построен Су-6 — штурмовик с двигателем мощностью 2000 л. с. Этот одноместный бронированный самолет имел смешанную конструкцию: крыло, центроплан и оперение — металлические, фюзеляж — деревянный, рули и элероны — с металлическим каркасом и полотняной обшивкой. Особенностью Су-6 являлись автоматические предкрылки. На самолете были установлены пушки, пулеметы и реактивные снаряды, кроме того, могли подвешиваться и бомбы. В акте по испытаниям рекомендовалось построить войсковую серию этих самолетов с учетом их сравнительно большой горизонтальной скорости и мощного стрелкового вооружения. Но так как это происходило в начальный период войны — 1942 г., развернуть серийное производство самолета Су-6 и двигателей для него не удалось. К тому же становилось все более очевидным, что применять штурмовики можно лишь при оснащении их огневой точкой для защиты задней полусферы от истребителей противника. Это обстоятельство привело к созданию на базе одноместной машины Су-6 двухместного бронированного штурмовика с мощным (2200 л. с.) двигателем воздушного охлаждения. 
Передняя часть фюзеляжа этого самолета состояла целиком из брони, а хвостовая — из дерева, центроплан и стабилизатор были дюралюминиевые, киль и консоли крыла — деревянные с металлическими лонжеронами. Самолет проходил испытания во второй половине 1943 г. и, по отзывам таких известных летчиков-испытателей, как П. М. Стефановский, являлся «актуальной и нужной машиной», к тому же по некоторым летно-техническим данным он превосходил самолет Ил-2. Это отмечалось и в акте государственных испытаний, согласно которому Су-С с двигателем АШ-71Ф рекомендовался в серийное производство. Самолет был вооружен двумя пушками калибра 37 мм. одним пулеметом калибра 12,7 мм, двумя пулеметами калибра 7,6 мм и имел бомбовую нагрузку 200 кг. Взлетная масса его составляла 5734 кг (самолета Ил-2 — 6146 кг).
За создание этого самолета Павел Осипович Сухой был удостоен в 1943 г. Государственной премии I степени. Тем не менее судьбу самолета решила трудность налаживания в условиях военного времени серийного производства нового двигателя АШ-71Ф. Поэтому конструкторское бюро в начале 1944 г. переоборудовало этот самолет под установку двигателя АМ-42, который находился в серийном производстве и устанавливался на самолетах Ил-2. Увеличение массы самолета с этим более тяжелым и менее мощным двигателем, а также установка нового, большей площади цельнометаллического крыла привели к увеличению полетной массы до 6200 кг. В результате Су-6 утратил свои преимущества по летным данным перед запущенным уже в серийное производство самолетом Ил-10. Работы по нему были прекращены.
Продолжая работы по созданию двухместного самолета большой полетной массы, ОКБ П. О. Сухого выпустило двухмоторный бронированный штурмовик Су-8 также с двигателем мощностью 2200 л. с. Самолет предназначался для обеспечения наступательных операций наземных войск, действовавших на больших удалениях от аэродромов, а также для разрушения коммуникаций противника в глубоком тылу.
Конструкция Су-8, как и его предшественника, была смешанной, с большой массой брони (1680 кг), защищавшей от огня крупнокалиберного стрелкового оружия экипаж, моторы, бензо- и маслобаки. Особенность самолета заключалась в мощном вооружении: четыре пушки калибра 45 мм и десять пулеметов, бомбовая нагрузка могла достигать 1400 кг.
Максимальная скорость полета составляла у земли 500 км/ч.

В 1944 г. самолет Су-8 успешно прошел государственные испытания, но запуск его в серийное производство был нецелесообразным, так как война шла уже у границ фашистской Германии и при наличии штурмовиков Ил-10 и Ил-2, фронтовых бомбардировщиков Пе-2 и Ту-2 надобность в дальнем штурмовике отпала.
Среди работ конструкторского бюро П. О. Сухого можно назвать и переоборудование тяжелого бомбардировщика Ермолаева Ер-2 с дизельными двигателями АЧ-ЗОБ в дальний пассажирский самолет особого назначения. Необходимость этого переоборудования вызывалась тем, что из-за отсутствия пассажирских самолетов с большой дальностью полета государственным деятелям нашей страны приходилось летать на боевых самолетах. Был построен самолет Ер-20Н.
Экипаж его состоял из пяти человек, пассажирская кабина была рассчитана на девять человек. Проектировалась дальность полета 5200 км. Но развития этот самолет, как и другие тяжелые машины, имевшие в качестве силовой установки двигатели тяжелого топлива (дизельные), не получил.
Ответственным заданием для ОКБ явилось создание на базе фронтового бомбардировщика Ту-2 учебного самолета УТБ. По сравнению с прототипом УТБ имел расширенную носовую часть фюзеляжа (в ней размещалась кабина для двух летчиков — инструктора и обучаемого), меньшей мощности двигатели и меньшую на 4150 кг полетную массу.
В сентябре 1946 г. самолет УТБ прошел государственные испытания. Известный летчик Г. Ф, Байдуков отзывался о нем так: «Самолет простой, надежный, ходит свободно у земли на одном моторе, прекрасно управляется на всех режимах». Самолет был принят на вооружение, запущен в серийное производство и в течение ряда лет использовался для обучения летного состава бомбардировочных частей. 
Несколько позже, в 1946—1947 гг., командование Сухопутных войск поставило вопрос о необходимости создания разведчика — корректировщика артиллерийского огня. Выпущенный ОКБ П. О. Сухого самолет Су-12 представлял собой несколько своеобразный по внешнему виду цельнометаллический моноплан со средним расположением крыла в двумя довольно мощными двигателями воздушного охлаждения по 1850 л. с. каждый. Самолет имел остекленную гондолу для экипажа и две балки фюзеляжа, оканчивающиеся двухкилевым оперением. В акте государственных испытаний отмечалось, что «по летным данным, удобному размещению экипажа, хорошему обзору и большому объему оборудования самолет Су-12 является хорошим разведывательным и корректировочным самолетом». Серийное производство Су-12 не было налажено отчасти из-за недоведенности пушечного вооружения, но в основном из-за того, что в боевой авиации в качестве силовых установок начали применяться реактивные двигатели. Тем не менее на воздушном параде в Тушино показанный наряду с реактивными самолетами Су-12 произвел благоприятное впечатление.
Напомним, что одним из первых заданий конструкторскому бюро под руководством П. О. Сухого еще в 1939 г. стала разработка высотного истребителя-перехватчика. Этот самолет, получивший наименование Су-1, вышел на летные испытания в 1940 г. Машина имела деревянный фюзеляж и цельнометаллическое крыло. Силовая установка состояла из одного двигателя водяного охлаждения и двух турбокомпрессоров, предназначенных для обеспечения большей высоты полета. Вооружен самолет был пушкой калибра 20 мм и двумя пулеметами калибра 7,62 мм. Потолок самолета должен был достигать 12 500 м, а максимальная скорость полета на высоте 10000 м—640 км/ч (заметим, что ни один боевой самолет того времени не имел такой скорости). В начале летных испытаний эта скорость была достигнута, но из-за недоведенности турбокомпрессоров испытания не удалось закончить. Во время эвакуации в 1941 г. самолет Су-1 был поврежден, и работы по нему не возобновлялись. На смену Су-1 пришел самолет Су-3, отличавшийся от своего предшественника тем, что имел крыло иного профиля,  к тому же уменьшенное по размаху и площади. Однако, как и на Су-1, турбокомпрессоры при летных испытаниях работали ненадежно, и самолет, несмотря на то что была достигнута максимальная скорость полета 638 км/ч на высоте 10 000 м, серийно не строился.
Как это нередко бывает в технике, желание получить лучшие летно-технические данные приводило к использованию недостаточно проверенных силовых установок. Так случилось и в данном случае, хотя установка на двигателе турбокомпрессоров была единственной возможностью, обеспечивающей достижение высокого потолка, так как в этом случае сохранялась мощность поршневого двигателя на высоте. Из-за ненадежной работы турбокомпрессоров подобная неудача постигла и фронтовой истребитель Су-7, который был построен на базе самолета-штурмовика. В качестве силовой установки проектировалось применение двигателя АШ-71Ф с двумя турбокомпрессорами ТК-3, которые позволяли достигнуть потолка 12 000 м, но их недоведенность вынудила прибегнуть к установке другого, менее мощного двигателя, и летные данные самолета с этим двигателем оказались невысокими.
Переход к реактивной авиации характеризовался многочисленными попытками применить различные, и прежде всего комбинированные, силовые установки. П. О. Сухой, как и другие конструкторы, также искал пути наиболее рационального применения реактивных двигателей. В частности, в 1944 г. на экспериментальном самолете-истребителе Су-7 с двигателем АШ-82ФН с турбокомпрессорами ТК-3 был установлен ракетный ускоритель РД-1. Это жидкостный ракетный двигатель конструкции В. П. Глушко, начало создания которому было положено в Ленинграде в газодинамической лаборатории (ГДЛ), организованной Н. И. Тихомировым и подчиненной Военному научно-исследовательскому комитету. Лаборатория размещалась в здании Адмиралтейства, а стендовые испытания проводились в Петропавловской крепости, в одном из ее равелинов, который до Великой Октябрьской социалистической революции являлся местом заключения революционеров.
Самолет Су-7 с ускорителем проходил летные испытания до конца 1945 г., т. е. уже после войны. Основная задача этих испытаний заключалась в отработке двигателя РД-1 и определении, на сколько при включенном ускорителе повышается максимальная скорость самолета. Было установлено, что при включении ускорителя на высоте 6300 м максимальная скорость самолета увеличивается на 91 км/ч.
По отзывам летчиков-испытателей, самолет отличался хорошими пилотажными свойствами и был прост в управлении. Применение жидкостного ракетного двигателя, не нуждающегося в кислороде окружающего воздуха, позволило увеличить потолок машины почти до 13 000 м. Тем не менее ЖРД, как известно, не получили широкого применения на самолетах, так как двигатель этого типа наиболее целесообразно использовать на больших высотах и больших скоростях, типичных для ракет, которые летят за пределами атмосферы, где практически отсутствует кислород.
Также экспериментальным самолетом с комбинированной силовой установкой являлся Су-5 (И-107). Проектирование его началось в 1944 г. Это был одноместный моноплан цельнометаллической конструкции с однолонжеронным крылом и фюзеляжем типа «монокок». Комбинированная силовая установка состояла из поршневого двигателя ВК-107А мощностью 1650 л. с. и компрессорного воздушно-реактивного двигателя, который в какой-то степени был прообразом современных воздушно-реактивных двигателей, но без камер сгорания и без самого основного в современном двигателе — газовой турбины. Включение воздушно-реактивного двигателя у земли увеличивало максимальную скорость самолета на 90 км/ч.
При летных испытаниях на самолете Су-5 была достигнута скорость 814 км/ч. Но эти же испытания показали, что для скоростного самолета, а тем более истребителя, применение комбинированной силовой установки (с отбором мощности на компрессор от поршневого двигателя) перспективы не имеет. На этом самолете уже были произведены некоторые конструктивные и аэродинамические усовершенствования, которые, однако, потребовали решения новых проблем научными институтами как в области аэродинамики, двигателестроения, так и в области создания современных материалов для постройки скоростных машин.
Создание турбореактивных двигателей позволило значительно повысить энерговооруженность самолетов и увеличить скорость полета. Как уже отмечалось, в начальной стадии работ по освоению и применению турбореактивных двигателей на отечественных опытных самолетах использовались образцы трофейных двигателей, которые имели большую массу, большой удельный расход топлива и относительно малую тягу.
Задание на постройку опытного реактивного самолета было выдано ОКБ П. О. Сухого еще в 1945 г., и началось проектирование самолета Су-9 с двумя турбореактивными двигателями РД-10 тягой по 900 кгс. Самолет представлял собой цельнометаллический среднеплан с фюзеляжем типа «монокок» и однолонжеронным прямым крылом. По своей компоновке машина была похожа на обычный самолет с поршневыми двигателями. Однако впервые в практике отечественного самолетостроения на нем были применены тормозной парашют для уменьшения пробега при посадке, бустерное управление для уменьшения усилия на ручке управления при больших скоростях полета и катапультируемое сиденье. Во время испытаний самолета, проводившихся до июля 1947 г., были установлены два стартовых ускорителя, позволявшие сократить длину разбега самолета при взлете. Применение ускорителей обеспечило сокращение на 45—50% длины разбега при взлете, а тормозной парашют уменьшал на 30% длину пробега при посадке. Самолет имел максимальную скорость полета на высоте 5000 м до 885 км/ч и потолок около 13 000 м. По отзывам летчиков-испытателей, самолет Су-9 был прост и удобен в пилотировании.
Между прочим, некоторые западные авторы, используя сходство общего замысла, изо всех сил старались доказать, что Сухой якобы скопировал немецкий самолет Ме-262. Это фальшивое утверждение, рассчитанное на людей, не сведущих в авиации, повторяло давно опровергнутые историей россказни о «глупости русских» и «превосходстве немцев».
О несостоятельности этих утверждений говорит тот факт, что Ме-262 имел фюзеляж треугольного сечения, Су-9 — овального; крыло Ме-262 в плане имело форму трапеции, крыло Су-9 — двойной трапеции; вертикальное оперение на Ме-262 было треугольным, на Су-9 — элиптическим и т. д. Необходимость увеличения скоростей боевых самолетов обязывала конструкторские бюро переходить на использование более мощных и, что особенно важно, более совершенных отечественных двигателей, которыми в то время являлись турбореактивные двигатели TP-1 конструкции А. М. Люльки.
На самолете Су-11, который являлся модификацией Су-9, были установлены более мощные двигатели, изменено положение мотогондол относительно фюзеляжа и несколько изменена форма крыла в плане. Максимальная скорость полета машины достигала уже 910 км/ч. При этом подтвердились результаты ранее выполненных теоретических и экспериментальных работ: отработанная и широко используемая аэродинамическая схема свободнонесущего моноплана с трапециевидным крылом утолщенного профиля допускает увеличение скорости лишь до 0,8 скорости звука. Превышение этой скорости вызывает тяжелые нарушения устойчивости самолета и его управляемости, а также сопряжено со значительным возрастанием воздушных нагрузок на самолет. Практическое освоение больших околозвуковых скоростей, а тем более сверхзвуковых, требовало тщательного изучения и освоения не только новых аэродинамических схем, но и материалов, применяемых для создания самолетов.
На следующей модификации самолета типа Су-9 — самолете Су-13 предполагалось установить более мощные двигатели с тягой 1500 кгс каждый, применить крыло с меньшей относительной толщиной (9 вместо 11%) и ввести стреловидное горизонтальное оперение. Так как вопросы дальности полета, особенно фронтового истребителя, всегда были в поле зрения заказчика, на Су-13 в целях увеличения дальности предусматривалось установить два топливных подвесных бака на концах крыла. Но постройка самолета Су-13 не была закончена, так как для 1948 г. максимальная скорость истребителя 960—970 км/ч считалась уже недостаточной.
Появление в нашей стране реактивных истребителей с околозвуковой скоростью полета и наличие мощных отечественных турбореактивных двигателей позволили руководству Военно-воздушных сил поставить вопрос о создании фронтовых самолетов-бомбардировщиков с реактивными двигателями. Решение его представлялось довольно сложным, поскольку самолет этого класса должен был иметь достаточную боевую нагрузку и дальность действия, необходимую для фронтовых бомбардировщиков. Значительные расходы топлива турбореактивных двигателей того времени приводили к увеличению габаритов самолета и его полетной массы. В связи с этими трудностями задание на разработку фронтового бомбардировщика было выдано нескольким конструкторским бюро. Одним из спроектированных самолетов стал Су-10. Строительство этого самолета с массой около 20 т было закончено в 1948 г. Он представлял собой цельнометаллический моноплан с высокорасположенным крылом и четырьмя реактивными двигателями ТР-1 с тягой 1500 кгс каждый (двигатели размещались на крыле попарно один над другим). В фюзеляже самолета имелся бомбовый отсек для размещения 4000 кг бомб. Новой была хвостовая часть фюзеляжа с кормовой установкой, аварийно отделявшейся при необходимости спасения стрелка в аварийной ситуации. Но по сравнению с работами других конструкторских бюро Су-10 имел в проекте меньшую дальность полета, и работы по нему были закончены без проведения летных испытаний.
В 1948 г. в ОКБ, возглавляемом П. О. Сухим, был построен самолет-перехватчик Су-15. В отличие от других самолетов он имел герметическую кабину и был оснащен радиолокационной станцией для поиска воздушных целей. На нем было установлено бустерное управление элеронами, рулями и воздушными тормозами. Два двигателя с тягой 2200 кгс каждый размещались в фюзеляже. Катапультируемое кресло летчика также было новинкой. При летных испытаниях в январе 1949 г. самолет Су-15 достигал скорости 1032 км/ч и обладал хорошей скороподъемностью при дальности полета более 1000 км. Все это позволяло считать, что создан хороший современный истребитель. Однако в одном из испытательных полетов при большом скоростном напоре появилась тряска сначала педалей ножного управления, а затем и всего самолета. Летчик-испытатель С. Н. Анохин был вынужден покинуть самолет. Дальнейшие работы по этому истребителю не возобновлялись.
Экспериментальные исследования по обтеканию тел при околозвуковых скоростях, создание на этой основе профилей нового типа, обладавших незначительным сопротивлением вплоть до больших скоростей, и другие работы предопределили появление конструкций, которые в аэродинамическом отношении были более совершенны, нежели самолет Су-15.
В целях создания самолета, который достигал бы в горизонтальном полете скорости, соответствующей числу М=1, был спроектирован и построен экспериментальный самолет Су-17. На нем предполагалось исследовать особенности полета на скоростях, близких к скорости звука я равных ей. Этот самолет должен был стать прототипом фронтового истребителя. Самолет представлял собой цельнометаллический среднеплан. Крыло его имело стреловидность 50°, что по тому времени (1949 г.) было достаточно новым решением. Трехопорное шасси убиралось в фюзеляж. Самолет был спроектирован под двигатель ТР-3 конструкции А. М. Люльки. Особенностью самолета являлось применение отделяемой носовой части фюзеляжа вместе с герметической кабиной. Отделение производилось пороховой катапультой, а стабилизация этой части фюзеляжа в воздух осуществлялась парашютным устройством.
Однако после аварии Су-15 было принято решение о прекращении работы по этому экспериментальному самолету, тем более что в декабре 1948 — январе 1949 г. на опытном самолете Ла-176 в полете со снижением была впервые в нашей стране достигнута скорость звука.
Используя результаты работ, проведенных в ОКБ. по созданию самолетов-истребителей с мощными турбореактивными двигателями и крылом большой стреловидности, а также исследований и экспериментов, проведенных в научных организациях, по аэродинамике, прочности, управляемости и устойчивости самолетов, конструкторское бюро Павла Осиповича Сухого в 1953—1954 гг. спроектировало и построило одноместный скоростной фронтовой истребитель С-1 с одним турбореактивным двигателем. Это ОКБ впервые в отечественном самолетостроении применило регулируемый воздухозаборник и цельноповоротное горизонтальное оперение (на прежних самолетах это оперение состояло из
неподвижной части стабилизатора и подвижного руля высоты). В ходе испытаний на самолете С-1 впервые в Советском Союзе была получена скорость 2170 км/ч, более чем в два раза превышавшая скорость звука и на 370 км/ч превосходившая скорость, заданную тактико-техническими требованиями. По отзывам летчиков-испытателей, самолет, несмотря на огромную максимальную скорость полета, имел большой диапазон скоростей и высот, был прост в пилотировании.
В 1958 г. был запущен в массовое производство самолет Су-7. Бессменно в течение 20 лет семейство самолетов Су-7Б находится на вооружении ВВС нашей страны, демонстрируя пример выдающегося долголетия в сверхзвуковой реактивной авиации.
За долгие годы эксплуатации в соответствии с новейшими достижениями науки и техники в области аэродинамики, прочности самолетных конструкций, двигателестроения, авиационного оборудования и вооружения самолет постоянно совершенствовался. Было создано много различных модификаций — от фронтового истребителя до современного истребителя-бомбардировщика. На одном из них были применены колесно-лыжное шасси, двухкупольный тормозной парашют, ускорители для взлета, что позволило улучшить летные характеристики и обеспечить эксплуатацию самолета как с укороченных бетонированных, так и с малопрочных грунтовых взлетно-посадочных полос.
В целях расширения боевых и тактических возможностей самолета конструкторское бюро Павла Осиповича Сухого разработало и применило крыло изменяемой в полете стреловидности (изменяемой геометрии). Термины «изменяемая стреловидность» и «изменяемая геометрия» однозначны. Однако первый более точен, так как изменение угла стреловидности является основной задачей самолетов, у которых форма крыла в плане изменяется при полете. Кроме того, одновременно изменяются и другие параметры, такие, как размах и удлинение крыла. Особенность самолетов с крылом изменяемой стреловидности заключается в сочетании преимуществ самолета с прямым и со стреловидным крылом. Крыло изменяемой стреловидности эффективно при обычном взлете с разбегом и одновременно имеет хорошие характеристики при современных скоростях. Основным фактором, улучшающим характеристики самолета с крылом изменяемой стреловидности, является возможность совершать крейсерский полет на дозвуковой скорости с большим аэродинамическим качеством. Самолет с крылом изменяемой стреловидности более безопасен в случае отказа силовой установки. Это объясняется тем, что в аварийной ситуации можно установить крыло в положение, необходимое для полета с малой дозвуковой скоростью, облегчающей посадку с неработающими двигателями.
У самолета с крылом изменяемой стреловидности есть возможность выбора наиболее подходящего угла стреловидности для данной скорости полета, что не только расширяет диапазон скоростей полета, но и улучшает характеристики самолета на всех режимах полета. Дальность и продолжительность полета самолета с крылом изменяемой стреловидности значительно больше, чем самолета с фиксированным крылом, так как можно экономить топливо за счет уменьшения сопротивления самолета, что, в свою очередь, достигается установкой оптимального угла стреловидности на различных режимах полета. В практике современного самолетостроения, и в частности отечественного, имеются самолеты с отклонением в полете всего крыла или только его концевых частей.
В 1966 г. был спроектирован и построен первый в СССР самолет с крылом изменяемой стреловидности. При этом ставилась задача создать машину нового качества с минимальной доработкой конструкции. Самолет успешно прошел испытания и был положительно оценен летчиками, которые довольно быстро научились использовать изменение стреловидности крыла в различных режимах полета. Этот самолет участвовал в юбилейном воздушном параде в 1967 г, где демонстрировал укороченные взлет и посадку, а также изменение стреловидности крыла в полете. 
Высокие показатели безопасности, надежности, боевой живучести, эксплуатационной простоты и дешевизны, боевой эффективности обеспечиваются большим комплексом усовершенствований, проводимых на этих самолетах как в серии, так и в строю.
Одновременно с проектированием самолета С-1 ОКБ П. О. Сухого проектирует самолет с треугольным крылом, поскольку при больших скоростях и высотах полета треугольное крыло имеет некоторые преимущества перед трапециевидным. Истребитель-перехватчик с треугольным крылом был построен, в 1956 г. начались его испытания. Самолет имел радиолокационную станцию для обнаружения самолетов противника, вооружение его состояло из ракет «воздух — воздух», предназначенных для поражения целей на различных высотах. По отзывам летчиков-испытателей, самолет, имея большой диапазон скоростей, в технике пилотирования был прост, несмотря на новую аэродинамическую компоновку (треугольное крыло).
После того как преодолели «звуковой барьер» и достигли скорости, в два раза превышавшей скорость звука, возникли новые проблемы по обеспечению устойчивости и управляемости. Авиация подходила к «тепловому барьеру».
Появилась необходимость в охлаждении и кондиционировании воздуха в кабине летчика с помощью турбохолодильных аппаратов, в обеспечении нормальной работы нетеплостойкого оборудования в приборных отсеках. Создание системы спасения экипажа требовало решения вопросов, которые никогда раньше не возникали. Это объяснялось тем, что система должна была безотказно действовать не только при сверхзвуковой скорости, но и в случае возникновения аварийной ситуации на взлете, при рулежке или посадке самолета. Приходилось учитывать и возможное осложнение аварийной ситуации, которое могло быть вызвано ранением летчика, внезапной потерей сознания и т. д. В подобных случаях должны были срабатывать автоматические средства спасения.
Но разрешить все вопросы, возникающие в процессе создания новой авиационной техники, с помощью одних только аэродинамических труб и всякого рода стендов невозможно. Необходимость в создании экспериментальных самолетов очевидна. В период с 1956 по 1959 г. на базе истребителя Т-3 были спроектированы экспериментальные машины ПТ-7, ПТ-8, Т-49 и Т-5. В основном на них испытывались в летных условиях воздухозаборники различных схем, силовые установки и средства спасения, а также отрабатывались конфигурация и размещение обтекателя антенны радиолокационного прицела. Трудность размещения радиолокационного прицела заключалась в том, что нужно было сохранить необходимое пространство для прохода воздуха через воздухозаборник, расположенный в центральной части фюзеляжа. Для этой цели на самолете ПТ-8 был установлен осесимметричный воздухозаборник с регулируемым центральным телом большого диаметра, позволяющим разместить в нем антенну радиолокационного прицела. Однако вопросы по входным устройствам, в том числе и по входному устройству с осевым центральным входом, требовали дальнейшего изучения. В результате на одном из самолетов впервые в практике мирового самолетостроения были установлены створки перепуска с двусторонним отклонением, обеспечивающим устойчивую работу двигателя на взлете и на сверхзвуковых скоростях.
Сложность регулирования подачи воздуха объясняется тем, что при изменении скорости полета потребность двигателя в воздухе меняется в зависимости от режима его работы. Поэтому в условиях полета следует так изменять геометрические размеры и форму воздухозаборника, чтобы можно было согласовать его работу и работу двигателя. У сверхзвукового самолета размер, а также схема конструкции двигателя и воздухозаборника определяются в зависимости от параметров воздушного потока на крейсерском режиме.
Отработка конструкции воздухозаборника и его размещения, в частности возможности более рационального размещения антенны радиолокационного прицела, привела к созданию в ОКБ Сухого самолета Т-49 с боковыми воздухозаборниками, у которого радиопрозрачная носовая часть являлась одновременно первой ступенью воздухозаборника.
Отработка боковых воздухозаборников на экспериментальном самолете и проведение других работ позволили в 1957 г. построить двухместный истребитель-перехватчик П-1 с одним турбореактивным двигателем с тягой 10 000 кгс. На этом самолете были применены боковые регулируемые воздухозаборники. Одной из особенностей конструкции самолета П-1 было размещение в носовой части фюзеляжа батареи из 50 неуправляемых реактивных снарядов, стволы пусковых устройств которых закрывались в полете специальными щитками, убирающимися при стрельбе. Но отсутствие надежного двигателя с запроектированной тягой (максимальная скорость полета 2050 км/ч, потолок 19 500 м) привели к тому, что удалось закончить только летные испытания самолета П-1. Дальнейшие работы по этому самолету были прекращены. Малое количество полетов не позволило в полной мере оценить достоинства самолета с данной компоновкой, однако полученные результаты позволяют считать ее достаточно прогрессивной.
Дальнейшей работой конструкторского бюро было проектирование самолета, рассчитанного на максимальную скорость полета. Им стал Т-37. В конструкции этого самолета был заложен ряд оригинальных технологических решений, в частности отсутствие в фюзеляже стрингерного набора, изготовление цельносварной хвостовой части фюзеляжа из титановых сплавов и стали.
На серийном самолете Т-431 летчик В. С. Ильюшин установил мировой рекорд высоты полета, равный 28 852 м, а в 1962 г. — абсолютный рекорд высоты горизонтального полета, равный 21 270 м.
На самолете Т-405, созданном этим же конструкторским бюро, летчик Б. Адрианов в 1960 г. установил абсолютный мировой рекорд скорости полета на стокилометровом замкнутом маршруте, составивший 2092 км/ч, а летчик А. Кознов на этом же самолете установил мировой рекорд скорости полета на пятисоткилометровом маршруте — 2337 км/ч.
Наряду с этими рекордными самолетами в ОКБ был спроектирован, построен и запущен в массовое производство самолет Су-7Б, который находился на вооружении ВВС не только нашей страны, но и стран — участниц Варшавского Договора.
Современная отечественная авиация располагает самолетами с крылом изменяемой стреловидности (изменяемой геометрии) конструкции ОКБ Павла Осиповича Сухого.
Годы совместной работы военных специалистов с конструкторским бюро П. О. Сухого были очень плодотворными и основывались на обоюдном стремлении быстрее и точнее выполнить задание для авиации Вооруженных Сил. Особенно внимательно Павел Осипович прислушивался к мнению летчиков-испытателей.
«Вы, летчики-испытатели, также творцы самолета, как и конструкторы. И все мы несем моральную ответственность за будущее опытной машины». В этих словах заключен пятидесятилетний опыт создания боевых самолетов, работе над которыми посвятил свою жизнь талантливый конструктор. Дважды Герой Советского Союза летчик-космонавт СССР Г. Т. Береговой, испытывавший многие самолеты марки Су, справедливо отмечал, что Павел Осипович Сухой был необыкновенно скромным и чутким человеком и вместе с тем его отличали богатое воображение, постоянный поиск нового и высокая требовательность к себе и окружающим.
Партия и правительство высоко оценили вклад П. О. Сухого в развитие советских Военно-воздушных сил и дважды присваивали ему звание Героя Социалистического Труда, лауреата Ленинской и Государственной премий.
П. О. Сухой являлся автором 50 оригинальных конструкций самолетов, из которых 34 были построены и испытаны. Наша авиация стала сверхзвуковой, всепогодной, ракетоносной. И среди великолепных боевых машин, созданных советскими конструкторами, еще не раз вызовет восхищение стремительный полет первоклассных самолетов, которым дал путевку в жизнь Павел Осипович Сухой.
Продолжая традицию создания высокоэффективных боевых самолетов, коллектив ОКБ им. П. О. Сухого разработал ряд самолетов нового поколения Су-24, Су-25, Су-27 и Су-35.
Истребитель-перехватчик Су-27, по оценке западных специалистов, является самолетом с усовершенствованной аэродинамикой, эффективной электродистанционной системой управления, ракетным вооружением большой силы и «радиолокационной системой, способной видеть бога». На самолете установлены два мощных реактивных двигателя, разработанные в ОКБ им. А. М. Люльки под руководством генерального конструктора В. М. Чепкина. Летно-технические характеристики самолета столь высоки, что его вариант П-42 установил много мировых рекордов, например, высоту 3000 м самолет достигает примерно за 25 с.

Су-35 - глубоко модернизированный сверхманевренный многофункциональный истребитель поколения «4++». В нем использованы технологии пятого поколения, обеспечивающие превосходство над истребителями аналогичного класса. Отличительными особенностями самолета являются новый комплекс авионики на основе цифровой информационно-управляющей системы, интегрирующей системы бортового оборудования, новая радиолокационная станция (РЛС) с фазированной антенной решеткой с большой дальностью обнаружения воздушных целей с увеличенным числом одновременно сопровождаемых и обстреливаемых целей, новые двигатели с увеличенной тягой и поворотным вектором тяги.
В настоящее время компания "Сухой" выполняет государственный контракт на поставку Министерству обороны РФ в период до 2015 г. 48 истребителей Су-35С.
Кроме боевых самолетов опытно-конструкторское бюро создает спортивные самолеты с высокими пилотажными качествами — Су-26/29/31.
В начале 90-х годов, в ОКБ развернуты работы по гражданской тематике; в 2001 году совершили первые полеты грузопассажирский самолет Су-80ГП и сельскохозяйственный Су-38Л.

В настоящее время ЗАО «Гражданские самолеты Сухого», ведет разработку семейства региональных самолетов Sukhoi Superjet 100.

В разные годы коллектив возглавляли П.О. Сухой, Е.А. Иванов, М.П. Симонов, а с 1999 года Генеральным директором является М.А. Погосян. За многие десятилетия коллективом ОКБ создано около 100 типов самолетов и их модификаций, из которых более 60 типов выпускались серийно, а общее число серийно выпущенных самолетов превышает 10000 экземпляров. Свыше 2000 самолетов поставлены в 30 стран мира. На самолетах «Су» установлено более 50 мировых рекордов.