В 1978 г. завод в Улан-Удэ начал сборку МиГ-27М, параллельно продолжая выпуск Ми-8; он являлся единственным предприятием советского авиапрома, производившим одновременно и самолёты, и вертолёты.

Первые МиГ-27М комплектовались сварными крупногабаритными агрегатами планера, поставлявшимися с ТМЗ. Затем для обеспечения расширявшегося производства, было принято решение развернуть их выпуск на месте. В Улан-Удэ отстроили собственный «баковый» цех, освоивший сварочное производство и снабжавший этими конструкциями как свой завод, так и иркутский. В ходе производства на «эмках» были внедрены новшества, подсказанные опытом эксплуатации: крышки люков доступа к оборудованию носовой части, крепившиеся на винтах и снимавшиеся при работе, теперь стали откидываться вверх на петлях и фиксироваться в открытом положении, упрощая обслуживание самолёта. Всего в 13 сериях в Улан-Удэ было изготовлено 146 машин, в том числе одна для статических испытаний и одна в «экспортном» исполнении для подготовки лётчиков ВВС Индии.

МиГ-27Д, вооружённый блоками НАР Б8М-1, на рулёжной дорожке аэродрома Лерц, 19-й гв. апиб, июль 1992 г.

Подготовка к вылету МиГ-27Д из 58-го апиб, лето 1986 г.

Посадка МиГ-27Д из состава 19-го гв. апиб, аэродром Лерц, июль 1991 г.

Испытания и эксплуатация новой машины показали, что МиГ-27М по своим возможностям значительно превосходит МиГ-27 и не уступает по многим показателям «Кайре». ОКБ подготовило предложение о повышении эффективности уже выпущенных МиГ-27 путём доработки — способом, более экономичным, чем привычный подход, при котором на смену устаревшей модификации разворачивался выпуск новой. Масштабная модернизация предусматривала внедрение нового комплекса оборудования, обеспечивавшего машине широкие возможности. Этот путь уже хорошо зарекомендовал себя на МиГ-25ПДС, где доработка техники в строевых частях обеспечила качественное улучшение самолёта.

Ввиду явных преимуществ МиГ-27М было принято решение провести модернизацию ранее выпущенных «32–25» до «эмовского» уровня. Первый доработанный таким образом МиГ-27, получивший новый шифр «32–27», поднялся в воздух в 1982 г. Начиная с 1983 г. по его образцу на заводе в Иркутске и авиаремонтном предприятии во Львове (АРЗ № 117) было доработано 304 самолёта (242 из них — в Иркутске), получивших обозначение МиГ-27Д. Эти работы были завершены в 1989 г. Переоборудование одного самолёта, в зависимости от загруженности производства, занимало от нескольких месяцев до полугода. Поступавшие из частей на доработку машины могли возвращаться прежним хозяевам либо направляться в другие полки ИБА.

На МиГ-27Д устанавливался прицельно-навигационный комплекс ПрНК-23М1 (изделие 43М1), в состав которого входили бортовая цифровая вычислительная машина ЦВМ10-15-23МС, навигационный комплекс КН-23-3, ИКВ-1, ДИСС-7, аппаратура ближней навигации и посадки А-321 «Клистрон» с антенно-фидерной системой «Пион-НМ», аппаратура дальней навигации (РСДН) А-720, система воздушных сигналов СВС-И-72-3А серии 2 и прочее.

Вооружение доработанных машин не отличалось от «эмки», за исключением того, что балочными держателями БД3-УМК2 оснащались только подкрыльевые точки подвески. На фюзеляжных, как и на «простом» МиГ-27, оставались БД3-УМК и хвостовые замки Д3У-1А.

Бывали и исключения из правил — некоторые МиГ-27Д в ходе ремонта получали новые подфюзеляжные БД3-УМК2 и хвостовые Д3-УМ.

Иркутские МиГ-27Д практически всегда можно было легко отличить от улан-удинских «эмок» даже внешне. Для сокрытия числа произведённых и проходящих доработку самолётов ведавшие соблюдением режима секретности службы постановили наносить на гроте за кабиной изображение ложного фонаря светло-серого цвета, внешне уподобляя боевые «дэшки» и «кайры» выпускающимся на заводе учебным МиГ-23УБ. Неизвестно, ввела ли кого-либо в заблуждение такая «маскировка», но знающему человеку она подсказывала иркутское происхождение встреченного «двухместного» МиГ-27. Другим отличием являлась линия раздела камуфляжа сверху и голубого цвета по низу фюзеляжа: на иркутских МиГ-27Д граница поднималась к передней кромке стабилизатора, на улан-удинских — тянулась горизонтально. Так же, как «эмки», окрашивались и иркутские «кайры»; впрочем, после ремонта с прохождением малярного цеха эти различия часто устранялись.

Самолёты двух предприятий отличались и качеством сборки: в этом отношении МиГ-27М, выпускавшийся в Улан-Удэ, страдали и «выделкой», и меньшей надёжностью. Они выделялись даже внешне неаккуратной подгонкой стыков, грубой «волнистой» клёпкой, «ступеньками» и щелями на обшивке, плохой подгонкой люков, которые приходилось закрывать втроём-вчетвером, а открывать при помощи ломиков и монтировок. Нередкими были потертости и течи по трубопроводам, нарушения технологии по электроарматуре, особенно — «холодной» пайке контактов и разъёмов, часто разрушавшейся с последующим обесточиванием систем. В результате подобных дефектов неоднократно отмечались и случаи отказов аппаратуры госопознавания, при которых исчезала метка «своего» самолёта на экранах наземных РЛС и в сети ПВО. После иркутских МиГ-27 получить самолёты «бурятского» производства в полках считали большой неудачей. Завод получал массу рекламаций, был вынужден выполнять доработки и высылать бригады ремонтников, чтобы обеспечить приемлемую эксплуатационную пригодность.

В середине 1980-х гг. Омским ЦКБ автоматики была разработана унифицированная аппаратура управления «Прогресс» (ЛО-90), служившая для применения противорадиолокационных ракет Х-27ПС, Х-25МП, а также новых Х-58У и Х-31П. Система создавалась под руководством главного конструктора В. Славина, в работе участвовали Р. Аймалетдинов, В. Пантелеев, Д. Щукин, С. Спиваков. Совместные лётные испытания «Прогресса» проводились на МиГ-27М в 1986–1988 гг.

МиГ-27Д из состава 296-го апиб с тремя баками ПТБ-800 для дальнего перелёта.

МиГ-27М с ракетами Х-31П и аппаратурой «Прогресс» во время совместных лётных испытаний.

МиГ-27М стал единственной модификацией семейства «двадцать седьмых», поставлявшейся СССР на экспорт. Помимо отечественных ВВС, получателем МиГ-27 стала Индия, которая долгое время являлась одним из основных покупателей советского вооружения. После приобретения в 1981–1982 гг. большой партии МиГ-23БН индийцы обратили свой взгляд на более совершенный МиГ-27. В результате между Москвой и Дели было подписано соглашение, которое предусматривало лицензионное производство МиГ-27М в Индии на заводе в городе Насик, принадлежавшем корпорации HAL. Это предприятие было построено в конце 1960-х гг. при техническом содействии СССР для выпуска истребителей МиГ-21, но после завершения этой программы его мощности простаивали.