На первой серийной модификации самолета 23-11 должны были быть установлены новая РЛС "Сапфир-23" и более мощный двигатель Р-27Ф2М-300 максимальной тягой 6762 даН (6900 кгс) и форсажной тягой 9800 даН (10000 кгс). Двигатель был готов вовремя, а РЛС, к сожалению, нет, поэтому было решено оборудовать первые машины РЛС "Сапфир-21". Самолет в такой компоновке мог нести четыре ракеты Р-3С или Р-3Р.
Это был МиГ-23С. Кроме двигателя и РЛС, МиГ-23С отличался от опытных самолетов 23-11/1, 23-11/2 и 23-11/3 оборудованием: на нем был оптический прицел АСП-ПФ с совмещенной индикацией, теплопеленгатор ТП-23 и радикомпас АРК-10. Кроме того, носовой кок был изготовлен из нового диэлектрического материала.
Первый МиГ-23С прибыл на летную станцию 21 мая 1969 года. Первые восемь дней проводилась центровка, проверка систем и отработка двигателя, и первый вылет выполнил 28 мая 1969 года А.В.Федотов. 10 июля самолет перегнали на ракетный полигон для проверки функционирования двигателя при испытании вооружения.
До 20 августа МиГ-23С выполнил 32 полета. Серийная система вооружения (т.е. с самолета МиГ-21С) и РЛС "Сапфир-21" проходили испытания на пятом экземпляре. Вся аппаратура работала нормально. Прошла проверка двуствольной пушки ГШ-23Л, установленной под фюзеляжем. Система управления САУ-23 проверялась только в режиме стабилизации, а затем доводилась во время испытаний.
Были отработаны режимы автоматического и ручного захода на посадку. Отрабатывалась также система регистрации аварийных параметров САРП-12Г. С середины 1969 года до конца 1970 года были построены 50 самолетов МиГ-23С. Фактически это была переходная машина.