2005年，決定重新開始研製第二代Su-35（產品Т-10БМ/T-10BM）。在這個系列中，該機將被稱為Су-35С/Su-35S（Строевой“戰鬥”，以前使用的名稱為Су-35БМ/Su-35BM Большая Модернизация“大改進”）。Su-35S是“4++”代的深度改進、超級機動多用途殲擊機。它採用了第五代技術，確保了對同類殲擊機的優勢。該機具有數字信息控制系統基礎上的新型航空電子設備系統，綜合機載設備系統，可以遠程探測空中目標，同時跟蹤和攻擊目標的數量也增加了的新型相控陣雷達（РЛС），以及推力增加並具有矢量推力控制的新型發動機。Su-35BM於2008年2月首飛。
定型批生產於2006年在KnAAPO（阿穆爾河畔共青城）開始。第二代Su-35第一架原型機-901號T-10BM的組裝於2007年夏天完成，飛機開始了地面試驗。首飛於2008年2月19日在拉緬斯科耶機場的格羅莫夫飛行試驗研究所進行，飛行員是謝爾蓋·博格丹。2008年7月初，Su-35第二架和第三架原型機的組裝已經在KnAAPO進行中。Su-35第一架原型機901號於2008年7月7日在拉緬斯科耶完成了首次公開表演飛行。2008年7月，還宣佈於2011年開始Su-35的批量生產。據說到2020年，計劃為不同的客戶生產160架該品牌飛機（蘇霍伊S·考勞特科夫表示）。Su-35的第二架飛行原型機於2008年10月2日在阿穆爾河畔共青城的澤姆吉機場飛上天空。2009年2月，宣佈第三架預生產飛機即將參加試驗。截至2009年3月23日，Su-35BM飛機總共完成100次飛行。Su-35BM的第三架飛行原型機已經裝備了雷達，這與第一架原型機和另一架機載電子設備原型機不同，然而在2009年4月26日，由於發動機控制系統故障，904號Su-35BM（有一架靜力試驗機）在阿穆爾河畔共青城的澤姆吉機場高速滑行時失事。
2010年7月，聲稱完成了Su-35BM的初步試驗。飛機的國家試驗計劃打算於2010年9月至10月開始。將來，預定有6架飛機參加國家試驗。KnAAPO生產的第一架批生產Su-35S於2011年5月3日在澤姆吉機場（阿穆爾河畔共青城）完成了首飛，這是該計劃第一架配備全套機載電子設備的飛機。
頭兩架預生產Su-35BM飛機（901號和902號）被移交給第929國家飛行實驗中心（ГЛИЦ）進行國家聯合試驗（ГСИ），並自2011年8月15日開始完成商量好的計劃。同時，吸收了首架批生產Su-35S-1參加試驗，Su-35BM（901號和902號）完成了初步飛行試驗。
901號T-10BM
902號T-10BM
