Первый истребитель-бомбардировщик С-52 (№ 21-02) на испытаниях в Ахтубинске. Самолет несет габаритно-весовые макеты ракет Х-29Л и Р-60 и "боевые"ракеты Х-25

Для улучшения защиты летчика, кроме листа стальной брони на передней стенке кабины, борта кабины Су-17М3 были образованы тремя алюминиевыми бронеплитами толщиной 18 мм, обеспечившими лучшее прикрытие по сравнению с предыдущими модификациями. Вкупе с разнесенными в этом районе стенками рукавов воздухозаборника они обеспечивали летчику защиту от поражения не только спереди, но и с боковых направлений, что было немаловажно для ударного самолета. За счет наличия воздушных каналов попадавшие в борт пули или осколки должны были преодолеть не менее четырех дюралевых панелей разной толщины, гасивших их убойную силу. Одновременно с улучшением обзора переднее лобовое стекло заменили на более мощный прозрачный 40-мм бронеблок, толщиной в полтора раза больше прежнего. Тем самым лобовое бронестекло уравняли с таким же по толщине остеклением МиГ-27, где изначально защите летчика средствами бронировки уделялось существенное внимание (помимо достаточно мощного прозрачного стеклоблока, на МиГах сразу было предусмотрено прикрытие кабины летчика с боковых ракурсов наружными стальными бронеплитами).

Для аварийного покидания машины в кабине устанавливалось катапультное кресло К-36Д (на первых сериях) или модернизированное К-36ДМ, отличавшееся, помимо прочего, наличием более удобной встроенной, а не индивидуальной подвесной системы летчика.

В системе управления самолетом, в канале элеронов и руля управления были установлены доработанные бустеры. Эти же агрегаты устанавливались и на параллельно выпускавшихся "спарках". В ходе серийного выпуска Су-17М3 комплектовался как САУ-22М, так и улучшенной САУ-22М-1. В последней функция поддержания требуемой высоты полета была расширена за счет введения ее стабилизации на 100 и 150 м (нижний предел для САУ-22М равнялся 200 м), добавили и возможность директорного управления самолетом в продольном канале.

По сравнению с Су-17М2 претерпела изменения и топливная система самолета. Керосин на Су-17М3 размещался в пяти фюзеляжных и в двух крыльевых баках. Мягкий бак № 1 имел вырабатываемую емкость 900 л (вместо 770 л у Су-17М2), фюзеляжные баки-отсеки № 2, 3 и 4 соответственно 1590, 810 и 690 л, оставаясь аналогичными "эм-двойке", а общая емкость крыльевых кессонов на обеих модификациях равнялась 650 л. Пятый мягкий топливный бак емкостью 280 л появился на Су-17М3 благодаря свободному объему, образовавшемуся в гаргроте при его "раздутии" вследствие опускания носа самолета и ликвидации на одноместной модификации кабины инструктора. Всего во внутренних баках Су-17М3 нес 4920 л топлива (вырабатываемая емкость 4870 л), что было на 390 л больше, чем заправлялось в "эм-двойку". Кроме того, топливо могло размещаться в четырех подвесных баках, из которых два подвешивались под фюзеляжем (ПТБ-800) и два на внешние подкрыльевые точки подвески (ПТБ-800 или ПТБ-1150). Заправка фюзеляжных баков производилась централизованно заправочным пистолетом через заливную горловину в верхней точке - баке № 2. Заправка крыльевых отсеков осуществлялась без вскрытия их заливных горловин, переливом из фюзеляжных баков, с управлением перекачивающим насосом с отдельного пульта, расположенного около верхней "главной" заливной горловины.

Для обеспечения взрывобезопасности фюзеляжных топливных баков при поражении самолет оборудовался системой нейтрального газа, заполнявшей надтопливное пространство баков азотом из баллонов. На машинах поздних серий защита крыльевых топливных баков-отсеков обеспечивалась заполнением на 70% их внутреннего объёма ячеистым поропластом — губкой, свободно пропускающей топливо (его другое название - пенополиуретан ППУ, органический высокопористый материал, получаемый из синтетических смол). Его применение на 50 л уменьшило объем топливной системы самолета за счет занятия некоторого пространства самой структурой губки, но позволило при попаданиях поражающих элементов снизить давление в баке при взрыве с 7-8 до безопасных 0,4 кгс/см², исключая распространение фронта пламени и развитие взрыва. Кроме того, существенно повысилась стойкость конструкции баков к аэро- и гидроудару при попаданиях, а также фугасному действию снарядов пушек.

Внедрение средств повышения защищенности самолета имело свою историю. Как уже говорилось, прежде достаточной для истребителя-бомбардировщика считалась организация прикрытия летчика локальной и довольно умеренной бронезащитой. Что же касается машины и ее уязвимых мест, то предполагалось, что высокая скорость и высота сами по себе должны свести возможность поражения к минимуму и обеспечить должную степень выживаемости самолета. Опыт использования ударной авиации в локальных войнах и боевых столкновениях развеял эти представления, выявив крайне недостаточную устойчивость техники к воздействию средств поражения. В первую очередь, это касалось силовых установок и элементов топливной системы, баки и трубопроводы которой занимали большую площадь, были разветвленными и протяженными, и чаще других страдали от попаданий. Применительно к Су-7, применявшимся арабами в стычках с израильской стороной, на долю повреждений топливной системы приходилось около 2/3 всех потерь. Попадание осколков зенитных ракет, снарядов и авиационных ракет приводило к утечке топлива и практически неминуемому пожару, а поражение баков с той же неизбежностью грозило взрывом находившихся в них паров керосина и мгновенной гибелью машины и пилота. Обратив внимание на множащиеся потери авиации союзников-арабов и высказывавшиеся с их стороны претензии на уязвимость машин советского производства, МАП своим приказом от 25 августа 1970 года вменил в обязанность руководителям всех ОКБ принятие мер по обеспечению боевой живучести авиатехники.