米亞西舍夫M-50項目失敗後，蘇聯並未停止研發超音速轟炸機的腳步。儘管在上世紀50年代，蘇聯總理赫魯雪夫對洲際彈道飛彈表現出強烈的偏愛，並將其作為蘇聯的主要戰略核運載系統，為此不惜取消許多飛機項目。但是隨著50年代末60年代初北美XB-70轟炸機項目的上馬，有力地說服了克裡姆林宮：蘇聯也應該擁有自己的三倍音速轟炸機。
新轟炸機項目在1962年12月開始預研，與XB-70不同，該機的主要任務並不是對敵國領土進行戰略打擊，將被主要用於摧毀美國航空母艦戰鬥群並執行戰略偵察任務，是一種中程戰術轟炸機，該機甚至還將成為蘇聯超音速客機的起點。
1963年1月新轟炸機的規格被確定為3馬赫設計，升限20000-24000米，巡航速度2.8馬赫，具有高空6000公裡的內油航程，並能在簡易跑道上起降，該機可攜帶空面飛彈對敵方目標發起遠程打擊，憑藉這種性能足以逃避美國海軍最先進的艦載戰鬥機的攔截。
在蘇霍伊、圖波列夫和雅科夫列夫設計局提交的T-4（T代表三角翼）、圖-135和雅克-33超音速轟炸機方案中，蘇霍伊T-4從一開始就毫不妥協地選擇了3馬赫設計，最終導致其在1963年4月在競爭中勝出。T-4的初步設計於1966年6月完成，蘇霍伊開始製造一架試飛原型機和一架地面試驗機體。由於起飛重量預計為100噸，因此該機獲得了「產品100」的設計代號，綽號為「索特卡」（一百之意），首架試飛原型機編號為101。
最終的T-4具有直徑僅為2米的纖細機身，雙三角機翼相對厚度只有3%並具有鋒利固定前緣，T型鴨翼被安裝在前機身兩側的機翼前緣位置。4臺RD36-41加力渦噴發動機被安裝在機腹下方的一體式發動機艙內，單臺加力推力16噸，兩兩共享一個楔形進氣口，與XB-70極為接近。
三馬赫能力使T-4成為一架動態不穩定的飛機，因此為了解決配平問題，蘇霍伊為該機研製了先進的帶機械備份的模擬式四重冗餘電傳飛控系統，並輔以機身油箱自動配平系統。T-4配備有可動機鼻，在空速低於700公裡/小時的情況下能下偏露出三片擋風玻璃，讓飛行員能看到跑道。巨大的T-4隻有兩名機組人員（這也是該機高自動化的原因），包括飛行員和導航員/武器系統操作員，通過駕駛艙頂部的艙門進入串列雙座座艙，座艙都配備有K-36彈射座椅。
該機的主要武器是並行研發的兩枚Kh-45「閃電」空面飛彈，由「彩虹」設計局研製。兩枚飛彈被並列掛載於機腹，具有常規或核戰鬥部來執行反艦或對陸攻擊任務，發射重量4.5噸，最大飛行速度7000公裡/小時，最大射程1500公裡。
與XB-70一樣，為了承受3馬赫速度下的氣動摩擦加熱，T-4主要採用不鏽鋼和鈦合金製造。為了在較高的機身溫度下安全地存儲燃料，蘇霍伊還專門為T-4研製了高閃點RG-1燃油，並為機身油箱配備了氮氣填充系統。大量新技術、新機械和新材料使T-4的研製獲得了600多項專利，有力地推動了蘇聯航空工業的發展，也使T-4原型機的研發和製造成本相當於等重的黃金，也就是100噸黃金。
1971年秋，T-4首架原型機「黑色101號」從圖西諾飛機製造廠下線，1972年8月22日，著名試飛員弗拉基米爾·伊柳辛（Vladimir Ilyushin，伊柳辛設計局創始人謝爾蓋·伊柳辛的兒子）和導航員尼古拉·阿爾菲約洛夫（Nikolai Alfyorov）駕駛該機首飛成功。原型機在試飛中表現出很好的操控性能，突破音障非常輕鬆。密切關注試飛的蘇聯空軍對此感到十分興奮，並在即將到來的五年計劃（1975-1980年）訂購了首批250架飛機，生產型將在喀山飛機製造廠製造。
到1974年1月，101號原型機已經完成了10次試飛，在12000米高度達到了1.36馬赫的速度。但就在蘇霍伊準備全力拓展T-4性能包線時，技術進步卻給該機帶來了厄運，地空飛彈殺傷力的增強以及遠程飛彈與高速截擊機的出現使T-4的生存能力下降，雖然速度和高度仍然有用，但是從成本效益的角度來看並不能提供足夠的優勢來抵消該機巨大的研發費用。此外為了集中資源大量生產蘇聯空軍更加急需的米格-23，前途已經黯淡的T-4被忍痛拋棄。
1976年2月28日，蘇聯航空工業部長捷緬耶夫下令終止T-4的研製，以集中力量和資源研製圖-160戰略轟炸機。該命令發布後，蘇霍伊設計局提交了T-4項目的造價估算，費用高達13億盧布，當時1盧布相當於0.75美元。
T-4「航母殺手」的角色最終被圖-22M「逆火」轟炸機取代，T-4在研製中發展的許多新技術被用於圖-144超音速客機和圖-160超音速轟炸機的研發。蘇霍伊設計局此後專注與戰鬥機研發，最終推出了十分成功的蘇-27「側衛」系列。