На первом экземпляре преимущественно проверялась прочность конструкции, для чего после особо напряженных полетов машина проходила нивелировку, а также шла отработка САУ-22-1 и прочего радиотехнического оборудования. Второй самолет, как эталонный по геометрии (имевший штатный вариант козырька фонаря и крыло с четырьмя точками подвески), оценивался как "аэродинамическая машина" и использовался для снятия летно-технических характеристик, оценки устойчивости и управляемости, а также для проверки систем вооружения. 1-й этап ГСИ продолжался с 9 сентября 1969 до июля 1970 года и, в основном, подтвердил соответствие заданным требованиям.

Тем не менее, полностью требованиям военных самолет еще не удовлетворял (строго говоря, общепринятых тактико-технических требований к Су-17 не было как таковых, и госиспытания проводились на предмет соответствия характеристик самолета временным техусловиям). Платой за усложнение конструкции и оснащение новым оборудованием явилось существенное утяжеление машины — Су-17 прибавил в весе почти тонну по сравнению с серийными Су-7БКЛ. Ввиду этого явного улучшения характеристик машины обеспечить не удалось, качественно изменились лишь взлетно-посадочные свойства. Не была в полном объеме отработана и предусмотренная установка нового оборудования, в частности, пришлось ограничиться использованием прежнего стрелкового прицела. Тем не менее, было обеспечено несомненное улучшение характеристик и расширение диапазона режимов эксплуатации за счет использования крыла изменяемой стреловидности, а использование САУ и другого современного оснащения получило высокую оценку летчиков.

Предварительное заключение о возможности эксплуатации самолета Су-17 в частях ВВС было утверждено Главкомом ВВС уже в июне 1970 года. Выдавая самолету "путевку в жизнь", заказчик руководствовался теми соображениями, что поступление новой машины в эксплуатацию станет большим шагом вперед, готовя личный состав к последующей широкой эксплуатации, а относительная легкость внедрения в серийное производство обеспечит быстрые сроки и небольшие затраты. Хорошие перспективы Су-17 обещал высокий потенциал модификационного развития машины с внедрением новшеств непосредственно в процессе серийного выпуска. В числе прочих новаций комиссия ВВС уже по результатам 1-го этапа госиспытаний указывала на отработку самолета с двигателем АЛ-21Ф с увеличенным запасом топлива, что и было реализовано в дальнейшем уже на следующей модификации самолета Су-17М.

Всего в ходе 1-го этапа госиспытаний на двух Су-17 были выполнены 198 полетов, из них 117 — по программе ГСИ. В числе прочих, по требованию военных, была проверена возможность взлета и посадки самолета с крылом в положении максимальной стреловидности, на случай возможной нештатной ситуации при отказе перекладки крыла. Выяснилось, что взлет и посадка в такой нештатной конфигурации возможны и доступны летчикам средней квалификации (в чем, собственно, никто и не сомневался - летали ведь так на Су-7Б).

В ходе испытаний машины дорабатывали, готовя к следующему этапу "Б": на первом экземпляре смонтировали два дополнительных держателя вооружения под крылом, на второй машине установили перископ заднего обзора на откидной части фонаря, шторку для слепого полета и станцию СПО-10. Доработка самолета № 85-02 задержалась до конца декабря 1970 года из-за загруженности опытного производства заданиями по программе Т-6. Однако по настоянию военных ускорить ход испытательных работ, самолет 8 января отправили в Ахтубинск, не завершив переоборудование. Спустя неделю, 14 января 1971 года, он был предъявлен для прохождения испытаний по этапу "Б". Самолет № 85-01 успел пройти доработки раньше и находился на 2-м этапе госиспытаний уже с августа 1970 года. Вторую машину в ходе испытательных работ дооборудовали бомбардировочным прицелом ПБК-2, системой автоматического управления САУ-22, системой автоматики выпуска тормозного парашюта "Рикошет", автоматом ограничения перегрузки АОП-22, подготовив также к подвеске пушечных контейнеров СППУ-22 и станции РЭБ типа «Сирень». Весь комплекс доработок на самолете завершили только к марту 1971 года, когда до срока окончания испытаний, установленного Главкомом, оставалось всего два месяца. В итоге основной объем испытательных работ по плану 2-го этапа был произведен на первом опытном самолете.

Ведущий летчик-испытатель ОКБ Владимир Сергеевич Ильюшин	Отработка безопасного отделения авиабомб

Для ускорения работ в распоряжение испытательной бригады был передан еще один самолет - третий выпущенный Су-17 № 86-01, находившийся к этому времени в липецком ЦБП и ПЛС, где он использовался при освоении летчиками новой техники. Эта машина была задействована в испытаниях по проверке маневренных характеристик, САУ-22, прицелов и СППУ-22. Самолет № 86-01 был перегнан на базу ОКБ в сентябре 1970 года, хотя его подготовка с выполнением доработок по итогам полетов первых машин, комплектацией блоками и агрегатами САУ, радиосвязного и прицельного оборудования тянулась до конца января следующего года и первый получасовый полет на ней военного летчика А. Балбекова из ГНИКИ ВВС состоялся только 27 января 1971 года.