На МиГ-23БК устанавливалась новая РСБН «Коралл-И», а позднее и система дальней навигации (РСДН) А-720 «СКИП-2», радиостанции Р-832М «Эвкалипт-СМУ» и Р-864Б, радиокомпас АРК-19М «Оленёк» и радиовысотомер РВ-15 (А-031) «Репер-М». Ответчик СРО-2М в ходе серийного выпуска уступил место новому СРО-1П системы «Пароль-2Д», а станция Р-832М — более совершенной Р-862. Бортовой регистратор параметров полёта САРПП-12ГМ заменили на бортовую записывающую аппаратуру «Тестер-УЗ». Датчик угла скольжения ДУС-3М под носовой частью фюзеляжа сняли как недостаточно надёжный, а его функции стал выполнять ДИСС-7, дававший лучшую точность измерения.
В связи с установкой новых систем и аппаратуры, перекомпоновали размещение приборов и оборудование в кабине лётчика. Ряд из них был заменён на более совершенные. Так, вместо УАП-1А на приборной доске установили комбинированный указатель углов атаки и перегрузок УАП-4, новый навигационно-плановый прибор ПНП-72-6М (взамен НПП), индикатор станции «Берёза», изменили размещение некоторых приборов и пультов управления. Самолёт комплектовался системой автоматического управления САУ-23БИ, инерциальной курсовертикалью ИКВ-8 и системой управления вооружением СУВ-2-26.
Для повышения безопасности и обеспечения надёжности пилотирования на околокритических углах атаки на самолёте была внедрена активная система ограничения углов атаки, активно воздействовавшая на управление машиной. Ручку управления оснастили ограничителем хода с толкателем, который препятствовал выводу самолёта на опасные углы. При энергичном взятии ручки на себя шток толкателя отправлял её вперед, причём скорость его хода зависела от темпа задирания носа, исключая возможность динамического заброса на больший угол.
Массивная «Кайра» (моноблок 11С1 весил 143 кг), новые системы и вооружение заставили изыскивать пути экономии массы. В жертву ей были принесены бронеплиты, прикрывавшие кабину лётчика. Заказчик возражал против ослабления защиты, однако убедительным доводом стала достигнутая возможность наносить удары с большей, чем раньше, дистанции, оставаясь за пределами досягаемости стрелкового оружия и ПЗРК. Всё же возросшую массу оборудования полностью компенсировать не удалось, масса пустого самолёта увеличилась почти на тонну и достигла 11 860 кг. Нормальная взлётная масса с одной тонной бомб составила 17 880 кг, и лётчики жаловались на трудность руления на «Кайре», неохотно поворачивавшей даже на бетонке. Позднее боевой опыт применения истребителей-бомбардировщиков различных типов на Ближнем Востоке и в Афганистане заставил пересмотреть вопрос о защите лётчика. В ходе доработки по бюллетеню, начавшейся в 1988 г. и проводившейся прямо в полках, МиГ-27К всё же получил боковые бронеплиты кабины.
Значительно усилилось и пополнилось управляемое вооружение, для которого, в принципе, и создавалась эта модификация. При этом многие типы боеприпасов, в свою очередь, разрабатывались под конкретный самолёт. После долгого перерыва с середины 1950-х гг., когда в связи с «ракетным бумом» все работы над управляемыми бомбами были свёрнуты, в Государственном научно-производственном предприятии «Регион» под руководством Н. Привалова возобновилась разработка корректируемых авиабомб. «Первой ласточкой» стала КАБ-500Л, изначально предназначенная для вооружения МиГ-23БК. При собственной массе в 534 кг она имела мощную фугасную боевую часть массой 360 кг (от термостойкой авиабомбы ФАБ-500Т) и предназначалась для поражения малоразмерных неподвижных и подвижных целей в условиях визуальной видимости. Наведение бомбы на цель осуществлялось по отражённому излучению с помощью системы лазерного целеуказания. В лазерную полуактивную флюгерную головку самонаведения типа 27Н входили флюгерный насадок с оптическим координатором цели, закреплённый на карданном подвесе на штанге головки, и электронно-вычислительное устройство, расположенное в конической части корпуса бомбы. Приёмное устройство координатора цели включалось после сброса бомбы, начиная отслеживать цель по отражённому от неё лазерному излучению, а блок управления и автопилот направляли бомбу. Дальность захвата цели — 3,5–6 км при метеорологической видимости 10 км. В ходе испытаний было достигнуто круговое вероятное отклонение 5–6 м. Сброс бомб мог выполняться как одиночно, так и залпом.