Су-27КУБ был отправлен в ремонт и на доработки. Оперативно были проведены необходимые усовершенствования конструкции, и уже к концу года испытания возобновились. 19 декабря 2000 г. летчики-испытатели «ОКБ Сухого» Виктор Пугачев и Сергей Богдан выполнили облет Су-27КУБ после ремонта, а уже через день самолет перелетел в Саки, где ему предстояли новые испытания.
В декабре 2000 г. к полетам на Су-27КУБ, помимо летчиков «ОКБ Сухого» Виктора Пугачева, Романа Кондратьева и Сергея Богдана, впервые присоединились военные испытатели Государственного летно-испытательного центра Министерства обороны России им. В.П. Чкалова — A.M. Раевский, Н.Ф. Диордица и B.C. Петруша.
Первая серьезная работа на Су-27КУБ с участием летчиков ГЛИЦ была проведена на комплексе «Нитка» в Крыму в декабре 2000 - январе 2001 гг. В ее ходе были оценены взлетно-посадочные характеристики самолета при взлете с трамплина и посадке на аэрофинишер, в т.ч. с максимальными значениями взлетной и посадочной масс. Полеты выполняли военные летчики-испытатели полковники Н.Ф. Диордица, A.M. Раевский и B.C. Петруша, а также летчики «ОКБ Сухого» В.Г. Пугачев и С.Л. Богдан. Всего на этом этапе испытаний на «Нитке» было произведено 27 полетов, в т.ч. и в ночных условиях. Полученные результаты превзошли все ожидания военных испытателей. Их впечатление от Су-27КУБ было весьма положительным. Однако прежде чем быть запущенным в серию и поступить в строевую эксплуатацию, самолету еще предстояло немало испытательных полетов.
Взлет Су-27КУБ с палубы
В августе 2001 г, свежеокрашенный в стандартный для российских корабельных истребителей серо-голубой камуфляж, получивший бортовой №21 и большие красные звезды на килях и крыле самолет Су-27КУБ стал участником международного авиасалона МАКС-2001 в Жуковском. Машина демонстрировалась как в статической экспозиции выставки, так и в небе, выполняя полеты в группе со строевыми самолетами палубной авиации России Су-33 и Су-25УТГ и вызвав большой интерес специалистов и посетителей.
Испытания Су-27КУБ на «Нитке» были продолжены весной 2002 г. При этом, помимо традиционной отработки взлетов с трамплина и посадок на аэрофинишер, на самолете были начаты испытания бортовой радиолокационной станции, в частности проведены полеты по оценке работы РЛС в режиме картографирования местности. Затем самолет был вновь перебазирован в Москву для проведения дальнейших доработок.
В июне 2003 г. Су-27КУБ был оснащен новой бортовой радиолокационной станцией «Сокол» с пассивной фазированной антенной решеткой диаметром 980 мм, которая была призвана обеспечить ему значительно более высокие тактические характеристики. Так, новая РЛС имела увеличенную дальность обнаружения воздушных целей (до 180 км в передней полусфере), возможность одновременного сопровождения 24 и одновременного обстрела ракетами четырех воздушных целей. Надводную цель типа «эсминец» эта РЛС может обнаруживать на дальностях до 300 км, а цель типа «ракетный катер» - на дальности до 150 км. Электронное управление лучом в фазированной антенной решетке позволяет совмещать во времени режимы работы «воздух-воздух» и «воздух-поверхность» и обеспечивать большое число одновременно сопровождаемых и обстреливаемых целей. Кроме того, на самолет установили опытные версии двигателей АЛ-31Ф с управляемым вектором тяги, что призвано повысить пилотажные свойства самолета и улучшить его взлетно-посадочные характеристики. Летные испытания новой РЛС и модифицированных двигателей начались на Су-27КУБ в августе 2003 г. летчиками-испытателями «ОКБ Сухого» Сергеем Богданом и Романом Кондратьевым. В дальнейшем на самолете планировалось осуществить ряд мероприятий по совершенствованию другого бортового оборудования, в частности установить современную систему индикации, новое пилотажно-навигационное оборудование, а также произвести адаптацию новых систем вооружения. В целом, по комплексу бортового радиоэлектронного оборудования и вооружения Су-27КУБ решили унифицировать с глубоко модернизированным истребителем поколения «4++» Су-35, первые два опытных образца которого вышли на испытания в 2008 г.
Су-27КУБ на испытаниях на "Нитке" аэродром Саки, 2000-2001 гг.