Неуправляемое вооружение состояло из сверхмощных НАР С-25 с различными боевыми частями калибром 340 или 420 мм (за фаллическую внешность прозванные авиаторами — любителями отечественной поэзии «Лука Мудищев» в честь бессмертного персонажа одноименной поэмы); ракет С-24 и С-24Б (240 мм); блоков УБ-32А или УБ-16 с ракетами С-5 калибром 55 мм или блоков Б-8М1 с НАР С-8 калибром 80 мм.

Самолет мог нести до 22 свободнопадающих бомб калибром 50 или 100 кг, до девяти бомб калибра 250 кг или до восьми бомб калибра 500 кг. Под МиГ-27К могли подвешиваться разовые бомбовые кассеты РБК-250, бетонобойные боеприпасы с реактивным ускорителем БетаАБ-250 и БетаАБ-500, бронебойные бомбы БРАБ-200ДС, БРАБ-220, БРАБ-500 и БРАБ-1000, баки с напалмом. Боеприпасы небольшого калибра размещались на многозамковых балочных держателях МБДЗ-У6-68, а более крупные, массой до 500 кг — на двухзамковых балочных, имеющих улучшенную аэродинамику.

Самолет имел индикатор на лобовом стекле (ИЛС), САУ 23БИ, приемник радиосистемы ближней навигации «Коралл-И», радиовысотомер АО-31. Навигационная система обеспечивала двойное стандартное отклонение менее 1,0%.

МиГ-27К по праву считался наиболее эффективным самолетом в семействе истребителей-бомбардировщиков на базе МиГ-23. Испытания показали, что, по сравнению с самолетами МиГ-23БН и МиГ-27, потребное число новых истребителей-бомбардировщиков, необходимое для решения одних и тех же боевых задач, могло быть снижено в 2,0—2,5 раза, а уровень боевых потерь уменьшался при этом в 1,5—3,0 раза.

МиГ-27К строился серийно с 1977 по 1982 г. на Иркутском авиационном заводе, где было выпущено 200 самолетов. Более простой и дешевой модификацией МиГ-27 стал истребитель-бомбардировщик МиГ-27М («32—39»), созданный в 1976 г. и выпускавшийся в 1978—83 гг. в Иркутске (всего построено 150 машин этого типа). Вместо дорогостоящей и сложной «Кайры», выпуск которой задерживался промышленностью, в носовой части самолета установлен лазерный дальномер-целеуказатель «Клен-ПМ», луч подсвета которого также был подвижным относительно оси самолета.

Сохранялась навигационная система КН-23С, применявшаяся на МиГ-27, однако вместо РСБН 6С устанавливалась система «Клистрон». По аналогии с МиГ-27К был применен усовершенствованный радиовысотомер АО-31, в кабине летчика появился телевизионный индикатор прямой видимости, который, в отличие от МиГ-27К, мог работать только совместно с телевизионной головкой наведения УР или корректируемой бомбы, так как на самолете не устанавливалась бортовая телекамера. ИЛС отсутствовал.

МиГ-27М получил новую станцию предупреждения о радиолокационном облучении «Береза-Л». На неподвижной части крыла появились небольшие наплывы с антеннами системы РЭБ, кроме своего прямого функционального предназначения несколько улучшающие характеристики самолета на больших углах атаки.

Была усовершенствована аэродинамика подфюзеляжной пушечной установки МиГ-27М (увеличен обтекатель казенной части пушки и установлены щитки-дефлекторы пороховых газов). Состав управляемого вооружения был такой же, как и на МиГ-27К.

Вместо подвесных пушечных установок СППУ-23 самолет получил новые СППУ-22, стволы которых были способны отклоняться в вертикальной плоскости на угол до 30 град., что увеличивало длительность огневого воздействия на цель при штурмовке.

Стремление приблизить боевые возможности ранее построенных МиГ-27 к характеристикам МиГ-27М вызвало появление самолета МиГ-27Д (изделия 32—27) — «доработки» МиГ-27 до уровня МиГ-27М. Переоборудование самолетов началось в 1982 г. на авиазаводе в г. Улан-Удэ и завершилось в 1985 г. Всего модернизировано около 500 МиГ-27 — почти все имевшиеся в войсках.

МиГ-27Д мог оснащаться контейнером с аэрофотоаппаратами и использоваться как фронтовой разведчик.

Эволюция коснулась и «масти» истребителей-бомбардировщиков. Первые МиГ-23Б имели серую окраску, но МиГ-23БН уже были камуфлированы наподобие МиГ-23МФ. Все серийные МиГ-27 первоначально также имели стандартный трехцветный камуфляж, замененный впоследствии на более сложный четырехцветный, однако некоторые самолеты красились и в темно-серый, почти черный «ночной» цвет. Для зимнего времени была отработана временная окраска с использованием белого цвета.

Экспортным вариантом МиГ-27М стал истребитель-бомбардировщик МиГ-27МЛ («32-29Л»), выпущенный в 1982 г. Самолет был разработан по заказу Индии и выпускается фирмой HAL на авиазаводе в г. Насик под названием «Бахадур» («Храбрец»). Небольшая серия МиГ-27МЛ и детали-»полуфабрикаты» для Индии изготавливались на заводе в Иркутске. Сборка первого индийского МиГ-27, изготовленного из деталей, поставленных СССР, была завершена 11 января 1986 г., в 1988 г. началась постройка чисто индийских «Бахадуров». Официальное принятие самолета МиГ-27МЛ на вооружение ВВС Индии состоялось 11 января 1986 г. Первоначально существовала договоренность о постройке в Индии 165 машин этого типа, в дальнейшем это число было увеличено до 200. Однако спад производства в СССР и вызванная им недопоставка комплектующих привели к тому, что в 1993— 1994 гг. фирмой HAL был построен лишь один новый самолет МиГ-27МЛ.

Одновременно с постройкой истребителей-бомбардировщиков в Индии осуществляется программа модернизации их БРЭО (а также БРЭО истребителей-бомбардировщиков МиГ-23БН, имеющихся в ВВС Индии). К началу 1994 г. было модернизировано 125 истребителей-бомбардировщиков. В дальнейшем индийцы предполагают переоснастить самолеты «Бахадур» западным БРЭО, созданным для индийского варианта самолета «Ягуар» и включающим ПрНК Смит Индастриес «Дария», а также, возможно, БРЛС Томпсон-CSF «Агав».

О последовательном совершенствовании боевых возможностей ударных модификаций самолета МиГ-23 свидетельствует таблица.

МиГ-27 внес свою «лепту» и в создание отечественной палубной авиации: один из серийных истребителей-бомбардировщиков был в конце 1970-х годов переоборудован в летающую лабораторию и использовался в ЛИИ для отработки методики посадки на палубу корабля, а также для создания принципиальных элементов авиационно-технической системы корабля (АТСК), в состав которой входила оптическая система посадки, различные радиотехнические средства и т. п. В полетах по этой программе принимал участие летчик-испытатель А. Богородский. Летающая лаборатория была оборудована задерживающим гаком, что повлекло за собой изменение формы подфюзеляжного киля, площадь которого уменьшили. Вместо коллиматорного прицела в кабине установлена кинокамера, фиксирующая лицо летчика во время взлета и посадки с большими перегрузками.