进入20世纪70年代，米格设计局为米格-23换装了加力推力进一步加大的R-29新型号，以补偿不断渐改带来的重量增加而导致的机动性损失，电子设备也有了大幅度更新，这就是第二代米格-23：米格-23M，出口型号为米格-23MF（华约国家）和MS（非华约国家）。有了更大推力的发动机后，米格-23M终于可以满载机内燃油起飞，增加航程。同时米格-23M也可以在活动的外翼段下挂载副油箱，进一步增大航程。有趣的是，早期米格-23的挂架不像F-111一样，可以随后掠角自动调整到和前进方向一致的角度，而是固定的，只匹配中等后掠角的情况。这又是一个米格的有意识的选择。在起飞着陆时，速度较低，副油箱和气流方向拧着所造成的阻力不大，这个飞行状态的时间也不长，不值得为此花太大的力气。起飞后很快进入巡航状态，这时机翼处于中等后掠角，副油箱和气流方向是顺的，没有问题。超声速冲刺和低空突防都是战斗状态，进入战斗前，反正应该抛掉副油箱，这时就可以不受限制地改变后掠角了，所以也没有问题。米格设计局就是这样用一个大智若愚的设计精巧地解决了一个在大多数情况下可以避开的问题。米格-23M还具有对地攻击能力，可以挂载非制导炸弹和火箭。当然，用外翼段下的挂架挂炸弹和火箭发射槽就不合适了，好在米格-23本来就有内翼段下的挂架可以干这个用。
在外观上，米格-23M的机翼固定的内翼段和活动的外翼段之间并不严丝合缝，这是又一个有创意的设计。变后掠翼在小后掠角状态时，机翼上翼面气流的展向流动不是问题。但是在大后掠角的时候，这个问题又回来了。米格-15到米格-21的几代米格都是用翼刀控制展向流动，米格-23没有用翼刀，而是用内外翼段交接处在大后掠角时自然形成了缺口作为前缘锯齿，控制展向流动。机翼前缘的锯齿在机翼上表面形成一个受控涡流，实际上形成虚拟翼刀，阻隔展向流动。这是西方战斗机机翼设计中常用的手法。不同的是，米格-23M的外翼段在小后掠角位置时，和内翼段严丝合缝，消除了前缘锯齿引起的阻力，这又是一个与细微处见精妙的设计。
20世纪70年代后期，美国的F-15、F-16等新一代战斗机开始出现，苏联的对应的战斗机一时还出不来，于是先改进米格-21和米格-23应付着，其结果就是米格-21比斯和米格-23ML。米格-23ML除了在机载设备和武器系统上狠下功夫外，还用新技术减轻机体重量，加强机动性。米格-23ML还换装了推力更大的图曼斯基R-35，非加力推力增加到83.8千牛，加力推力增加到128.1千牛。在外观上，垂尾根部向前的延伸没有了，这是最大的特征。米格-23ML的翼下挂架也改成随机翼后掠角自动偏转的，所以翼下不仅可以挂副油箱，也可以挂载武器。1982年之后，米格-23ML进一步改进成米格-23MLD，将机翼固定段的翼根处增加了一个锯齿形倒角，用于形成类似前缘边条的效果，在机翼上方产生强烈的受控涡流，以增强大迎角下的机动性。机动性是增强了，但锯齿也增加了阻力，所以米格-23MLD的加速性和航程有所下降。米格-23MLD的后掠角还增加了一个33度的设定，用于空战格斗。但作战手册上还是规定空战格斗用45度的位置，只有富有经验的飞行员才容许使用33度的设定。米格-23MLD还采用了更先进的电子设备，可以发射更先进的武器，包括R-73先进近程空空导弹。
按照苏联的习惯，中程空空导弹有雷达半主动制导和红外制导两种，条件合适的时候，可以用机载红外搜索和跟踪系统及红外制导空空导弹从敌机尾后悄无声息地攻击敌机。这是从米格-23开始的，也是米格-23的一个不常为人所知的密杀技。米格-23还有一个特别的地方。平视显示器是20世纪70年代的新生事物，这是将关键飞行和火控数据的图形符号投影在座舱风挡前的一块透明的玻璃上，使飞行员可以不必把视线从前方移开就能看到关键信息的显示。米格-23更进一步，把雷达图像也投影到这上面，这是世界上头一家。米格-23的座舱仪表板上也因此没有专用的雷达显示屏。欧美飞行员对这个功能嗤之以鼻，以色列飞行员倒是十分欣赏，或许是作战习惯和实战经验不一样的关系。
和******的米格-21甚至后掠翼的米格-15到米格-19相比，变后掠翼的米格-23的低空低速性能实在是好得太多，米格-23M的对地攻击能力相当受欢迎。1967年时，苏联空军提出新一代对地攻击飞机的要求。原有的苏-7超声速攻击机速度太快，不适合近距支援和遮断攻击，也不适于低空突防。反而是老旧的亚声速米格-17重新披挂上阵，在埃以“不战不和”期间和苏军的别列津纳大演习中大获好评。米格、苏霍伊、雅克夫列夫、伊留申都被召来投标，最后只有米格和苏霍伊留下。米格设计局考虑过从米格-21改进，改为两侧进气，机头压扁以改善对地面的视界。另一个方案是从无尾******的米格-21I开始改双发。但最后都放弃了，决定统一到新近服役的米格-23的平台上，于是贝利亚科夫着手将米格-23改为兼有对地攻击能力的战斗轰炸机，这就是米格-23B（B为Bombardirovshti，轰炸机的意思），出口型号为米格－23BN。
米格-23B采用了压扁的机头以改进对地攻击时的视界，所以在苏联被戏称为“鸭鼻子”或“鳄鱼吉纳”（一个苏联动画片里的鳄鱼形象）。米格-23B取消雷达，座舱完全重新设计以容纳对地攻击专用设备，座舱以后的机身与机翼和米格-23M相同。米格-23B兼具空空、空地性能，虽然两边都有点半吊子，但毕竟是多用途，因此颇受欢迎。在米格-23B的成功基础上，米格进一步设计了专用的米格-27，进一步增强对地攻击能力。因为米格-27不再强调高空高速能力，进气口也从二元可调变成固定的，以减轻重量和降低成本。米格-27M和米格-27K进一步增加了全天候昼夜攻击能力，具有发射精确制导武器的能力。出人意料的是，和恶评如潮的同源的米格-23相比，米格-27获得了极大的好评：操作容易，功能强大，可靠耐用。在米格-23大规模退出一线之后的今天，米格-27还在继续服役，哈萨克斯坦甚至把米格-27挂上R-60（AA-8）空空导弹，作为空战战斗机使用。
米格-27采用6管加特林航炮，以增强对地攻击的能力。最初是6管23毫米，后来增加到6管30毫米。空军试飞员康道洛夫第一次试射的时候，被巨大的振动和后坐力吓了一跳，不由自主地把按下电钮的手移开。康道洛夫回忆道：“整个飞机由于后坐力而猛烈振动。前面的靶机正在转弯，但被炮弹撕成碎片。我好久才醒过神来。这炮太厉害了。打中谁谁也受不了。”
米格-23是苏联除国土防空军专用截击机外的第一架强调综合先进性能的战斗机，而不再强调简单轻巧和空战格斗专用。这对苏联空军来说是一个从追求单纯数量优势到追求数量和质量均衡优势的概念上的转变，但对采购成本和支援体系也带来的很大的问题。以苏联的标准，米格-23的系统较完备，容许飞行员脱离地面导引独立作战，但苏联空军用了15年才转过这个脑筋。由于技术复杂性相比于米格-21之前的传统米格战斗机大大提高，在苏联及其盟国空军中，米格-23的完好率和战备率在很长时间里一直是一个大问题，这直接促成了冷战后米格-21依然在服役而米格-23却已经退役的尴尬局面。
在20世纪70年代初米格-23刚服役时，米格-23是苏联空军的精锐战斗机，不供出口。但密级降低后可以出口的时候，米格-23的缺点开始显现，如成本高、系统复杂、可靠性和操纵性不如米格-21等，出口前景也因此黯淡很多。苏联空军中的米格-21很快就被米格-23大量取代，但东欧空军中依然保留了大量的米格-21，形成米格-21和米格-23混合服役的局面。非华约国家中，古巴、叙利亚和伊拉克装备了相当数量的米格-23，但米格-23对其他国家的出口则远远不如米格-21。
在实战中，米格-23击落敌机和被敌机击落的声称很多，但图片证据很少。已知可以证实的只有美国海军在1989年的锡德拉湾空战中击落的2架米格-23和1982年贝卡谷地空战中以色列击落的2架叙利亚米格-23。另一方面，在20世纪80年代的安哥拉战争中，一架古巴的米格-23击落了一架南非的幻影F-1。未经证实的米格-23被击落的数量则多得多，包括1982年贝卡谷地中以色列声称击落30架以上米格-23，其中很多实际上是米格-23BN战斗轰炸机。在第一次伊拉克战争中，美军也声称击落8架米格-23。不过叙利亚的米格-23甚至没有雷达告警装置，也缺乏抑制电子干扰的措施，即使以色列声称的战绩全部属实，也不能代表全状态米格-23的实际战斗力。另一方面，叙利亚声称用米格-23在贝卡谷地击落6架F-16、1架E-2C、4架F-4E、1架F-15，俄罗斯方面也声称伊拉克米格-23曾击落一架美国F-16。侵阿苏军声称击落一架巴基斯坦的F-16，不过巴基斯坦坚持说这架F-16是被友军误击击落的。
米格-23最出彩的一次是在1989年7月4日。一架从波兰起飞的苏军米格-23刚起飞，飞行员就报告发动机故障。飞行员按照命令马上跳伞，安全落地。但发动机的故障却莫名其妙地消失了，飞机自说自话地向西继续飞行，一直到比利时境内，才耗尽燃油，飘然而落，降到一座民房上。房内一个18岁的学生因为屋顶塌陷而不幸身亡。房子总体来说没有太大的损坏，而飞机则基本完好无损。有意思的是，这架飞机被沿途所有国家的防空雷达发现，北约空军曾多次试图拦截，但竟然没有一个成功的。也有说是发现这架飞机没有飞行员，放弃拦截而仅仅跟踪。后面一个说法有点问题，如果不在空旷地带击落，落到人烟密集的地方怎么办？事后，比利时空军派机务人员将飞机拆成大件，交还苏联。据参加拆卸的比利时空军机务人员称，这是一架“只要两个人、几把扳手和一把螺丝刀就可以拆卸的飞机”，这是对米格的简洁、合理的机械设计的最高赞赏。
美国空军曾用来自埃及和民主德国的米格-23做过大量的测试，并供盟国空军飞行员测试比较。据一个在F-16上飞过1200小时的荷兰飞行员认为，米格-23ML的垂直机动性优于早期F-16A，水平机动性有所不及，但超视距能力也优于早期F-16A。这最后一条有点费解，除了美国空中国民警卫队的F-16ADF和中国台湾的F-16A Block 20，所有没有经过中期改装的F-16A都不具备发射中程空空导弹的能力，也就谈不上超视距作战能力。中期改装的F-16A（称为F-16MLU，MLU 就是 Midlife Upgrade，中期改装的意思）具有发射AIM-120有源雷达制导中程空空导弹的能力。要是米格-23ML加R-23（北约代号AA-7）的超视距能力比F-16MLU加AIM-120还强，那就有点不可思议了。以色列手里有一架叙利亚叛逃过来的米格-23MLD，测试结果是加速性优于F-16和F-18。苏联空军用米格-23MLD在对抗演习中作为蓝军，在和由经验不足的飞行员驾驶的早期米格-29的对抗演习中，采用高速冲击、打了就跑的战术，避免缠斗，经常打得对方不知所措。这些机头上涂有鲨鱼图案的米格-23MLD经常由阿富汗战场回来的老鸟驾驶，不过现在也改成米格-29了，照样涂上鲨鱼图案。
米格-21比斯和米格-23ML/MLD的性能相当不错，为苏联赢得了时间，填补了米格-29和苏-27服役之前的间隙。就米格-21比斯和米格-23ML/MLD相比，米格-21比斯更加轻巧灵活，在格斗中可能更加优秀一点，好比乒乓球中的近台快攻选手；但米格-23ML/MLD的机载系统更加先进，航程远，火力强大，速度和机动性也相当均衡，好比中台弧圈球两面攻选手；两者各有所长。
