Генеральный секретарь ЦК КПСС Л. И. Брежнев осматривает МиГ-23Б.

К концу 1967 г. опытное производство «Звезды» собрало первые 10 ракет Х-23 (изделие 68). Их заводские испытания шли с декабря 1967 по конец 1968 г. Отработка конструкции и системы наведения шла параллельно с доводкой самого МиГ-23, позднее в качестве носителя Х-23 были приняты и другие фронтовые самолёты. На МиГ-23Б в связи с перекомпоновкой по сравнению с истребителем «Дельта-Н» была вынесена в отсек центроплана, под которым в обтекателе разместилась её передающая антенна. Государственные испытания Х-23 завершились осенью 1973 г. В следующем году её приняли на вооружение.

Требованиями оговаривалось использование на МиГ-23Б встроенных средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ), предназначавшихся для противодействия РЛС ПВО и радиолокационных прицелов истребителей противника. Станция индивидуальной защиты СПС-141 «Сирень-1ФШ» обеспечивала создание активных помех радиотехническим системам наведения зенитной артиллерии и управляемым ракетам класса «земля — воздух» и «воздух — воздух». Фиксируя облучение вражеской РЛС, станция автоматически определяла их рабочую частоту и мощность, а затем, работая по принципу ретранслятора, наделяла сигналы помеховой модуляцией, усиливала их и переизлучала в переднюю полусферу. Эхо-сигнал от самолёта скрывался среди ложных отметок, сбивая наведение. «Сирень» могла комплектоваться в разных исполнениях, различавшихся литерами частотных диапазонов и позволявших перекрыть широкий спектр рабочих частот РЛС противника. Приёмные антенны станции разместили в каплевидных обтекателях в нижней части фюзеляжа, прозванных «ушами», а передающая антенна находилась под пластиковым «носком» над окном лазерного дальномера.

На МиГ-23Б предполагалось в дополнение к станции предупреждения об облучении СПО-10 «Сирена-3М» установить аппаратуру СБ-1 «Барьер», обеспечивавшую не только обнаружение работы РЛС противника (в передней полусфере), но и указание точного направления на них. Две широкополосные антенны «Барьера» размещались в носовой части под большой нижней панелью с радиопрозрачной вставкой. Однако эта станция ещё доводилась и в результате на первых опытных образцах МиГ-23Б она и другие средства РЭБ не устанавливались, хотя отсеки под аппаратуру, довольно значительные, были предусмотрены ещё на макетной стадии.

В обязательную комплектацию самолёта входили также средства определения принадлежности к своим вооружённым силам и опознавания воздушного объекта — радиолокационный ответчик СРО-2М «Хром» и самолётный ответчик СОД-57М.

Государственные испытания МиГ-23Б проводились параллельно с испытаниями истребителей МиГ-23, начавшимися в конце 1969 г., и поэтапно продолжались в течение четырёх лет. Первый их этап проводился на базе ЛИИ в Жуковском, где был задействован практически весь персонал ЛИДБ ОКБ, насчитывавший тогда около 400 человек. Испытания МиГ-23 шли тяжело — сказывались техническая новизна и сложность самолёта, особенности бортовых систем и вооружения. Пришлось преодолевать проблемы с помпажем, штопором, недостаточной прочностью конструкции. Прямо в воздухе развалился самолёт лётчика-испытателя А. Г. Фастовца, которому удалось катапультироваться из потерявшей крыло машины. Спустя шесть месяцев предположительно из-за «плавающей» неисправности кислородной системы при скоростном полёте в разрушившемся МиГ-23 погиб испытатель М. М. Комаров.

Испытания истребителя-бомбардировщика шли значительно легче — всё же нет худа без добра, и опережающее решение многих проблем на истребителях упрощало ход доводки МиГ-23Б, где основные задачи сводились к отладке бортового оборудования и вооружения. Вместе с тем, проблемы с крылом, свойственные ранним «двадцать третьим», не миновали и МиГ-23Б. Недостаточно прочные консоли самолёта «32–24/1» пришлось усиливать накладками по поясам лонжеронов и кессону. Крыло с «зубами» предполагалось оборудовать отклоняемыми носками, способствовавшими сохранению несущих свойств на больших углах атаки, особенно на взлёте и посадке, и улучшавшими управляемость по крену. Однако конструкция тонкого крыла с механизированной передней кромкой оказалась сложной в производстве, и по экономическим соображениям от носка решили отказаться, ограничившись только увеличением площади консолей. Несущие и манёвренные характеристики действительно улучшились, однако появилась тенденция к срыву потока и сваливанию на больших углах атаки из-за уменьшившейся относительной толщины профиля, что осложнило взлёт и посадку. Часто это проявлялось в виде неустойчивости по крену, когда самолёт начинало раскачивать на небольшой высоте. Тем не менее крыло пошло в производство и завод выпустил 140 консолей такого типа, устанавливавшихся и на первых МиГ-23Б.

Испытатели и строевые лётчики не раз попадали в режим раскачки на малых скоростях, усугублявшийся слабой управляемостью по крену (рули в поперечном канале становились нейтральными). Дефект стал причиной ряда лётных происшествий, включая катастрофы. МиГ-23 В. Е. Меницкого при взлёте с полной нагрузкой сразу после отрыва от земли вслед за движением ручки потянуло в такой крен, что от коснувшейся бетона законцовки крыла полетели искры, и всё же «на пределе» лётчику удалось преодолеть раскачку и уйти в набор высоты. По опыту эксплуатации первых МиГ-23 новые модификации рекомендовалось оснастить отклоняемыми носками крыла, улучшавшими срывные характеристики.

Новое крыло III редакции получило четырёхсекционные носки, занимавшие по длине две трети передней кромки консоли. Носки крепились к крылу шомпольными соединениями и отклонялись гидроцилиндрами на 20° синхронно с закрылками. Установка носков положительно сказалась не только на устойчивости и управляемости самолёта на малых скоростях, но и позволила сохранить приемлемые взлётно-посадочные характеристики.

Взлётные и посадочные скорости МиГ-23Б с крылом III редакции были на 20–30 км/ч ниже, чем у вдвое более лёгкого МиГ-21бис; новый самолёт стал проще в управлении на этих режимах, позволяя круче планировать по глиссаде. Соответственно меньшими были разбег и пробег: при полной заправке и загрузке в тонну бомб для разбега хватало 700–750 м, для пробега — 800 м.

В ходе испытаний датчик углов атаки ДУА-3М, смонтированный в самом носу с целью вынесения из возмущённой зоны, перенесли подальше, установив на борту перед козырьком кабины. Здесь он находился ближе к центру тяжести и меньше подвергался динамическим возмущениям, что позволило точнее оценивать полётные углы и расширить их допустимый диапазон.

Самолёт получил оговоренное заданием бронирование кабины лётчика (на первых машинах оно не устанавливалось). Испытывались различные варианты бронезащиты, включая сталь, титан, высокопрочные алюминиевые сплавы и их комбинации, сочетавшие слои различных материалов. В конечном счёте выбрали сталь, технологичную и обеспечивавшую достаточную защиту от пуль стрелкового оружия и осколков. Чтобы не менять сложившуюся компоновку и конструкцию «двадцать третьего», бронеплиты вынесли наружу, «сбив» фаски по краям, придав им тем самым обтекаемую форму. Девятимиллиметровые накладные бронелисты крепились к фюзеляжу на болтах с потайной головкой с помощью специальных коробочек и фитингов. Для защиты от вторичных осколков, при попадании в броню откалывавшихся с её тыльной стороны, бронеплиты устанавливались на борта фюзеляжа с небольшим воздушным зазором с пластиковыми прокладками по контуру.