В полётах на боевое применение ПрНК-23 обеспечивал решение широкого круга задач, включая прицельное бомбометание с горизонтального полёта, пикирования или кабрирования; бомбометание по заранее запрограммированной и невидимой цели; стрельбу из пушек и пуск НАР по наземным и воздушным целям.
Использование ПрНК-23 не только повысило точность атак и расширило диапазон режимов боевого применения, но и упростило работу лётчика. Передав часть функций автоматике комплекса, он мог сосредоточиться на пилотировании, поиске целей и маневрировании, то есть непосредственно боевой работе. Под новое оборудование перекомпоновали носовую часть самолёта, изменив расположение шпангоутов.
Вооружение претерпело ряд изменений. Прежде всего, сменилось артиллерийское вооружение. Мощности и поражающего действия 23-мм снарядов пушки ГШ-23Л, официально принятой на вооружение в 1965 г. (хотя в серии она находилась с 1959 г.) и много лет служившей на большинстве отечественных боевых самолётов, оказалось недостаточно для уверенного поражения многих наземных целей и особенно бронетехники. На вооружение стран НАТО поступали новые боевые машины, для борьбы с которыми бронепробиваемость снарядов калибра 23 мм была уже недостаточной. В связи с этим было принято решение об установке на МиГ-23БМ новой многоствольной пушки калибра 30 мм, обеспечивающей высокую скорострельность и мощное поражающее действие. Инициатором перехода на пушечное вооружение этого калибра выступал заместитель министра обороны по вооружению генерал армии В. Я. Шабанов, отстаивавший унификацию оружия и боеприпасов для ВВС, ВМФ и Сухопутных войск на основе стандартного снаряда повышенной мощности.
Новая шестиствольная пушка ГШ-6-30А (изделие 9А621) обладала гораздо более высокой скорострельностью — до 5500–6100 выстр./мин — и обладала рекордной величиной секундного залпа в 40,2 кг. Переход с калибра 23 мм на 30 мм обеспечивал более чем двукратное повышение массы снаряда (со 175–185 г до 400 г), причём содержание взрывчатого вещества в нём возрастало почти в три раза; баллистика стрельбы при этом тоже улучшалась. Таким образом, смена калибра давала не только лучшую бронепробиваемость, но и значительно повышала дальность, точность огня и позволяла разработать боеприпасы новых, более эффективных типов.
Новое орудие установили на том же месте, где ранее на МиГ-23БН стояла ГШ-23Л — под отсеком бака № 1А. Пушку разместили в подфюзеляжной нише, не закрывавшейся обтекателем, что обеспечило удобство монтажа, обслуживания и, главное, — хорошее охлаждение при стрельбе. В качестве лафета использовали элементы силовой конструкции самолёта, а начальную раскрутку блока стволов обеспечивала специальная пневмосистема. Для отвода пороховых газов при стрельбе на переднем срезе стволов пушки устанавливался локализатор. Съёмный патронный ящик был упразднён, а на его месте оборудован патронный отсек, занимавший практически весь объём между шпангоутами № 13Б и № 14. При этом пришлось внести изменения в силовой набор фюзеляжа. Закабинный отсек от 12-го до 14-го шпангоута вообще сконструировали заново. Между шпангоутами 12 и 13 ввели проставку длиной 200 мм, а шпангоут 13Б, ранее (на МиГ-23БН) стыковавшийся со шпангоутом 14, сдвинули вперёд на длину нового отсека. Через верхние люки прямо в отсек укладывалась патронная лента на 300 патронов, весившая в снаряжённом виде около 300 кг. В патронный же отсек по рукаву при стрельбе ссыпались и отработанные звенья (гильзы и патроны-осечки уходили за борт). Для разделения патронной ленты и отработанных звеньев в отсеке имелись гибкая металлическая шторка и брезентовый клапан. Из-за нового отсека пришлось отказаться от стоявшего на «бэ-эне» дополнительного бака № 1. Однако в результате установки на самолёт нерегулируемых воздухозаборников система автоматического управления клиньями УВД-23 была упразднена, и в нижней части закабинного отсека высвободилось место. Его и занял увеличенный бак № 1А, отличавшийся от ранее установленного на МиГ-23БН не только объёмом, но и конструкцией: это был уже не «бочонок», а отсек планера. Кроме горючего, в нём разместили шесть сферических баллонов с азотом системы нейтрального газа, подававшимся в топливные баки для защиты от возгорания при прострелах. Новый бак вмещал 480 л топлива.
Основные конструктивные проблемы «шестистволки» были решены ещё в процессе доводки, однако её установка на самолёте имела свою специфику.
Новое изделие потребовало ряда доработок: автоматы первых серий не могли выпускать требуемую по техническому заданию одну непрерывную очередь с расходом полного боекомплекта. После первых 150 выстрелов из-за перегрева требовалось пятнадцатиминутное охлаждение блока стволов и лишь затем можно было продолжать стрельбу. Был ряд и других серьёзных дефектов, связанных с надёжностью системы в целом (работой кинематики, подачей патронов и прочностью узлов).
В ходе серийного производства на Ижевском машиностроительном заводе удалось со временем устранить большую часть конструктивных недочётов и обеспечить приемлемую надёжность изделия. Доработанная пушка позволяла выпускать одной очередью до 300 снарядов. Сложной задачей оказалось крепление пушки на самолёте: в авиационном варианте ГШ-6-30А имела отдачу в 5500 кг. Ударные нагрузки при стрельбе были слишком мощными для конструкции МиГ-23БМ — всё же его планер являлся переделкой довольно лёгкого истребителя. Установка отрабатывалась на деревянном макете, на котором увязывались узлы и агрегаты. При первой же пробной стрельбе из «шестистволки» макет попросту развалился.
Когда приступили к отладке орудия на самолёте, сразу возникло множество проблем. В результате первых испытаний в воздухе выяснилось, что ударные и частотные характеристики, полученные при стрельбе из ГШ-6-30А на земле, не соответствуют тому, что имеет место в воздухе. Первая же стрельба в полёте закончилась тем, что после очереди из 25 снарядов все приборы в кабине отказали. В дальнейших испытательных полётах бывали случаи деформации и даже срыва щитков передней опоры шасси, из-за сильных вибраций буквально рассыпался патронный рукав и отказывало РЭО в закабинном отсеке.
Чтобы уменьшить влияние стрельбы на конструкцию, ось пушки наклонили вниз на 1°13’. Доводкой системы занимались Тульское ЦКБ и отдел вооружения микояновского ОКБ (ведущими специалистами по отработке пушечной установки были В. Г. Артемьев и А. В. Тюрин) с привлечением специалистов НИИ авиационных систем, ведавшего «огневыми» вопросами и проводившего на полигоне в подмосковном Фаустово контрольные отстрелы и эксперименты. На вооружение пушка 9А621 была принята в 1975 г.
Артиллерийское вооружение МиГ-23БМ могло усиливаться за счёт подвески пушечных контейнеров СППУ-22-01 с подвижными в вертикальной плоскости орудиями ГШ-23 с боекомплектом в 260 патронов. Для контроля за результатом атаки в обтекателе на левой половине неподвижной части крыла был установлен фотоконтрольный прибор С-13-100-ОС.
На МиГ-23БМ масса боевой нагрузки увеличилась, достигнув 4000 кг и сравнявшись с Су-17М. Для удобства снаряжения боеприпасами узлы подвески из-под фюзеляжа разнесли, перенеся под каналы воздухозаборника. Как и крыльевые узлы, они были оснащены новыми балочными держателями БД3-УМК, рассчитанными на боеприпасы калибра от 50 до 500 кг. Еще один держатель БД3-УМК мог монтироваться вместо центрального подфюзеляжного пилона с замком БД3-56Е для подвесного топливного бака, за счёт чего число точек подвески вооружения возросло до семи. Самолёт был способен поднимать с помощью МБД до семи «пятисоток», до девяти бомб калибра 250 кг или 22 «соток».
Для самообороны от истребителей и борьбы с тяжёлыми самолётами противника МиГ-23БМ получил возможность нести управляемые ракеты «воздух — воздух» Р-3С (а позднее — и модифицированные Р-13М, обладавшие вдвое большей дальностью).
Из управляемого оружия для поражения наземных целей на МиГ-23БМ использовалась уже проверенная на «бэ-эне» ракета Х-23 (Х-23М). Модернизации подверглась аппаратура её управления, переведённая на современную полупроводниковую элементную базу. Благодаря расширенному до 18° створу луча несколько упростилось наведение ракеты. Новая «Дельта-НМ» имела антенну в обтекателе на правой кромке неподвижной части крыла (а не под ней, как на «32–24Б»). Перенос антенны был обусловлен особенностями установки подкрыльевых многозамковых держателей МБД3-У2Т-1. Ранее при подвеске «больших» МБД подкрыльевой обтекатель «Дельты» мешал, и его приходилось снимать вместе с антенной.
Для борьбы с ЗРК противника и поражения их РЛС предполагалось использовать противорадиолокационную ракету Х-28. Громоздкое и массивное изделие, разработанное в МКБ «Радуга» по подобию «больших» ракет для Дальней авиации, до середины 1970-х гг. являлось единственным подобным средством поражения, состоявшим на вооружении фронтовой авиации. Чтобы разместить эту ракету на МиГ-27, пришлось сконструировать специальную переходную балку массой 60 кг, на которую с помощью авиационного катапультного устройства должно было подвешиваться изделие. Х-28 размещалась на правом подкрыльевом узле на АКУ-58-1, а контейнер с аппаратурой управления «Метель-А» — на левом. В кабине имелся пульт управления системой, а в правом «ухе» под кабиной за приемной антенной «Сирени» устанавливалась контрольная антенна «Метели», служившая для проверки перед полётом «головы» ракеты. Однако соответствующую аппаратуру и саму Х-28 серийные самолёты так и не получили, а позднее пульт, расположенный на переплёте козырька фонаря, стали снимать «по факту» отсутствия противорадиолокационного вооружения. Внешним же напоминанием о несостоявшемся носителе осталась радиопрозрачная крышка на задней части правого «уха» (на левом её не было). Станция предупреждения СБ-1 «Барьер», устанавливавшаяся на самолётах первых серий, работала ненадёжно и в итоге была исключена из состава оборудования. Начиная с машины № 61912561300, она не устанавливалась, а крышку с радиопрозрачной вставкой под её антенны заменили обычной дюралюминиевой, служившей теперь только для доступа к блоку дальномера «Фон».