实际上，这一怪异的研制过程是在苏联军用航空工业怪异的环境中产生的。苏霍伊设计局最初在2个方向上开展空军的战斗轰炸机计划：包括在苏-7B上面的改进型S-22I(后来的S-32)，并且发展成了战斗轰炸机苏-17。另一个方向是发展全新的战斗轰炸机。在新战斗轰炸机的最初的设计中，S-6原型机使用了后掠翼的设计方案，在苏-15的基础上采用40度后掠角三角翼和类似米格-25的进气道。发动机是使用7200千克推力的P-21F-300，为了加强起飞性能还计划使用火箭助推器。飞机采用的纵列驾驶舱布局。
随后苏联大幅度削减军费，研制资金很紧。因此苏霍伊设计局用偷梁换柱的诡计来获得经费：S-6的编号改成了似乎是一种新型截击机的T-58M。于是经费到手了，搞的是截击机，但技术可用到战斗轰炸机上。接着苏联T-58VD垂直起降原型机试验成功，空军转而要求停止S-6(T-58M)的项目，转为研究一种短距起降的新战轰，设计编号为T-6，这就是上面所提到的三角翼垂直起降样机T-6。工作从1965开始，沿用了T-58VD的升力发动机结构，在飞机重心位置上安装了两台升力发动机。1967年夏天，T-6-1(第一架原型机)出厂。T-6-1为三角翼布局，机身中部的隔舱内安装4台RD-36-35升力发动机。主发动机最初采用加力推力76.44千牛R-27-300，后在1968年被更强大的AL-21发动机替代。驾驶舱是使用了于F-111相同的并列布局，机翼和平尾仍然是使用苏-15的产品。机上有6个挂点：2个机身和4个机翼挂点。起飞重量达到26100千克。1967年7月2日该机完成首飞。在试飞中的主要问题是在起飞时稳定性不足，于是在翼尖安装了巨大的垂直安定板。
后来经试飞发现，VTOL的设计可操纵性太差，随之被放弃。接着已经在米格-23和苏-17系列上验证过的变后略翼设计被引入了苏-24设计中，用于解决低空高速、短距起降等难题。这就是苏-24A型，即基型。A型还使用了可调节的进气口，以适应高空两倍音速飞行和低空超音速飞行的不同需要。后来由于战术运用上不需要长时间高空高速飞行，加上要节省重量，这一可变进气口在M型上被放弃了。
