Последним в этой серии был самолет Е-152П. Внешне он отличался от Е-152-1 высоким гаргротом, тянувшимся от кабины пилота до основания киля,в котором разместили три дополнительных топливных бака, а также новым фонарем без плоского лобового стекла. Эжектор был заменен сужающимся-расширяющимся соплом.
Кроме того, в носовой части фюзеляжа Е-152П установили переднее горизонтальное оперение (ПГО), которое предназначалось для улучшения продольной устойчивости при переходе звукового барьера.После ряда конструкторских переделок машине присвоили название Е-152М и он должен был стать базовым самолетом для разработки истребителя-перехватчика. Первоначально установленное цельноповоротное ПГО было в процессе испытаний снято (при этом на фюзеляже остались следы его неповоротной кормовой части).
После завершения испытаний в июле 1967 года Е-152М продемонстрировали на выставке в аэропорту Домодедово. Его фюзеляж украшали надпись "Е-166" и три маленькие звездочки, свидетельствовавшие об установлении мировых рекордов. Однако все это не соответствовало действительности. Как указывалось выше, рекорды устанавливались на первом опытном самолете Е-152-1, а название "Е-166" было придумано для ФАИ с целью соблюдения традиционной советской конспирации. После выставки Е-152М передали музею в Монино, где он экспонируется и по сей день.