Na pierwszym planie Orlik TC-II Advanced, w głębi samolot tego typu w wersji wcześniejszej TC-II.
Miała ona w większym zakresie realizować zadania szkoleniowe, łącznie z elementami zastosowania bojowego, bo w wymiarze 200 godzin lotu. Dla porównania: możliwości wersji PZL-130TC-I pozwalały na jej wykorzystanie w szkoleniu lotniczym w Wyższej Szkole Oficerskiej Sił Powietrznych w wymiarze 70 godzin. W zmodernizowanym samolocie szkolno-treningowym PZL-130TC-II Orlik przewidziano:
Ponadto PZL-130TC-II miał mieć zmodyfikowane zewnętrzne części skrzydła o większej powierzchni, drążki sterowe i dźwignie sterowania silnikiem spełniające standard HOTAS (możliwość sterowania przez załogę zasadniczymi systemami samolotu bez odrywania rąk od manetki gazu i drążka sterowego), automatyczny układ kompensacji momentu odśmigłowego (badany wstępnie na prototypie 009), system przeciwpoślizgowy w układzie hamowania, nowy system energetyczny zgodny ze standardami NATO, nowy system klimatyzacji kabiny, zmodyfikowany system wewnętrznego i zewnętrznego oświetlenia (zgodny ze standardami NATO), system sygnalizacji zagrożeń, w tym system sygnalizacji oblodzenia samolotu, zmodernizowany bezobsługowy separator zanieczyszczeń.
Zespół Akrobacyjny „Orlik” wystawiany przez 42. Bazę Lotnictwa Szkolnego w Radomiu w bieżącym roku obchodzi 25-lecie istnienia.
Porozumienie o podjęciu prac nad samolotem o większych możliwościach szkoleniowych PZL-130TC-II podpisano 24 czerwca 1999 r., jednak nie z MON, które miało inne priorytety finansowe, lecz z Komitetem Badań Naukowych. Prace prowadzono więc dzięki środkom przeznaczanym na postęp naukowo-techniczny. W ślad za tym wytwórnia PZL „Warszawa-Okęcie” przedstawiła wojsku zmodyfikowaną ofertę PZL-130TC-II. Tym razem zaproponowano uproszczone wyposażenie produkcji zarówno polskiej, jak i zachodniej, w pełni zgodne ze standardami NATO.
Zmodernizowane według pierwotnych założeń samoloty Orlik miały umożliwić zaawansowane szkolenie pilotów w zadaniach nawigacyjno-bojowych. W wyjściowej wersji PZL-130TC-II proponowano zastosowanie awioniki cyfrowej, układu sterowania HOTAS (Hands on Throttle and Stick), wyświetlacza przeziernego HUD, komputera misji i innego wyposażenia zintegrowanego wokół zbiorczej szyny danych ARINC 429, zrezygnowano jednak z tego na tym etapie.
Pełny zestaw nowej awioniki miała otrzymać dopiero kolejna odmiana, PZL-130TC-III. Miała ona umożliwić przygotowanie pilotów do posługiwania się nowoczesnymi systemami celowniczo-nawigacyjnymi stosowanymi w odrzutowych samolotach bojowych. Kolejna wersja Orlika miała otrzymać kompletny pakiet awioniki CMC Electronics (FlightVision) Cockpit 4000 Integrated Avionics Cockpit Solution, wskaźnik przezierny w każdej kabinie, wielofunkcyjne wyświetlacze ciekłokrystaliczne, komputer pokładowy FV-4000.
Budowę prototypu nowej wersji Orlika, opartego o płatowiec z numerem 047, zakończono 27 sierpnia 2003 r. W stosunku do podstawowej wersji PZL-130TC-I, wprowadzono zmiany, które początkowo były realizowane jak najmniejszym kosztem. Głównym elementem modernizacji była wymiana czeskiego silnika na Pratt & Whitney Canada PT6A-25C o mocy 750 KM. Jest to ulepszona wersja silnika PT6A-25A znanego z wcześniejszych Orlików, ma część „gorącą”, pochodzącą z PT6A-34, dodatkowo wzmocniony pierwszy stopień sprężarki, poprawioną przekładnię reduktora śmigła i inne zmiany, ale moc pozostaje ta sama, co w przypadku PT6A-25A. Silnik ten współpracuje z czterołopatowym śmigłem samonastawnym Hartzell D4N-2DX/D9512AX. Silnik i śmigło zaopatrzono w elektroniczny układ sterowania, umożliwiający w pełni automatyczną pracę z użyciem wyłącznie jednej dźwigni sterowania silnikiem (manetki gazu).
Wprowadzono skrzydło, w którym poprawiono aerodynamikę, wytrzymałość i zwiększono rozpiętość do 10 m (powierzchnia nośna 14,56 m²) oraz dodano winglety. Przekonstruowano ster kierunku i wymieniono usterzenie poziome na podobne, ale wytrzymalsze. Wprowadzono nowy system oświetlenia do lotów nocnych, skorygowano ustawienie fotela katapultowego Martin-Baker Mk PL11B dla instruktora-pilota, dodano system ostrzegania przed oblodzeniem oraz elektroniczny system pomiaru pozostałości paliwa.
Pierwszy lot na zmodernizowanym PZL-130TC-II wykonała 8 października 2003 r. załoga w składzie: pilot doświadczalny Maciej Aksler i pil. dośw. Krzysztof Galus. Prototyp nosił cywilną rejestrację SP-PCG, a jego próby wstępne zakończono 24 marca 2004 r. Pod koniec miesiąca rozpoczęto na nowym Orliku loty testowe w wojsku, które zakończyły się pozytywną opinią wydaną 31 sierpnia 2004 r. i jeszcze w tym samym roku samolot dopuszczono do eksploatacji próbnej w Siłach Powietrznych. Planowały one wówczas zmodernizować następnych dziewięć Orlików TC-I do wersji TC-II oraz próbnie jedną maszynę do standardu TC-III. Dostawa PZL-130TC-II była przewidywana w 2006 r.
Umowę na modernizację dwóch Orlików, w tym latającego już samolotu 047, podpisano pomiędzy Departamentem Zaopatrywania Sił Zbrojnych a PZL „Warszawa-Okęcie” w 2005 r. Wcześniej przebudowa egzemplarza 047 do standardu TC-II finansowana była przez EADS-CASA i EADS PZL „Warszawa-Okęcie” (w październiku 2001 r. hiszpańska spółka nabyła pakiet większościowy zakładów PZL „Warszawa-Okęcie”, tworząc tym samym nowy podmiot EADS PZL „Warszawa-Okęcie”) oraz Komitet Badań Naukowych. Drugi zmodyfikowany do nowego standardu egzemplarz latający z numerem 037 przekazano odbiorcy wojskowemu w kwietniu 2007 r. Przyjęte na stan 2. Ośrodka Szkolenia Lotniczego w Radomiu oba zmodernizowane PZL-130TC-II miały początkowo wyposażenie pilotażowo-nawigacyjne, takie jak w odmianie TC-I, ale zamontowane już nowe silniki PT6A-25C z czterołopatowymi śmigłami Hartzell D4N-2DX/D9512AX z samoczynnym sterowaniem skokiem i bezobsługowy automatyczny separator pyłów. Sterowanie zespołem napędowym odbywało się za pomocą pojedynczej dźwigni sterowania silnikiem. Zastosowano nowy układ pomiaru ilości paliwa w zbiornikach płatowca. Samoloty otrzymały również skrzydło ze skorygowaną geometrią i wingletami na końcach, zmieniono obrys steru kierunku. Wprowadzono nowoczesny system ostrzegania przed oblodzeniem płatów i śmigła. Zamontowano nową instalację klimatyzacji kabiny, elektroniczny blok zarządzania układem elektrycznym samolotu, system ostrzegania o przekroczonych zakresach eksploatacyjnych, a także nowe oświetlenie kabiny przystosowane do lotów nocnych.
Pozostawiono te same, co w PZL-130TC-I fotele katapultowe Martin-Baker Mk PL11B, wprowadzono jednak nowy cyfrowy system sterowania elektrycznego dla zapewnienia priorytetu sterowania z tylnej kabiny. Zmieniono również kąt pochylenia fotela tylnego, który do tej pory był odchylony o 1º do tyłu w stosunku do fotela przedniego, co powodowało większe zmęczenie instruktora-pilota. Zmiany napędu i konfiguracji aerodynamicznej płatowca spowodowały zmniejszenie o 20 proc. zużycia paliwa. Zmodernizowane do wersji TC-II samoloty były dostarczane odbiorcy jako maszyny nowe z resursem 10 lat pomiędzy remontami głównymi. Jednocześnie modyfikacje samolotu i nowy system obsługi pozwoliły dwukrotnie wydłużyć resurs pomiędzy obsługiwaniem okresowym – do 200 godzin – przy wyższej trwałości, niezawodności i ekonomice silnika. Jednostka napędowa i śmigło posiadają nielimitowany resurs całkowity. W PZL-130TC-II zmieniono proces eksploatacji z systemu remontowego na system według stanu technicznego, co obniżyło koszty eksploatacji – według producenta Orlików oszczędności powinny oscylować w granicach 250 mln PLN dla floty 28 samolotów PZL--130TC-II w ciągu 30 lat.
Zubożony wariant wyposażenia awionicznego nazwano potocznie Garmin, od nazwy amerykańskiej firmy Garmin Ltd. z Olathe w Kansas, produkującej odbiorniki systemu nawigacji satelitarnej GPS i elementy awioniki lotniczej. Sercem nowej awioniki jest odbiornik GPS/TAWS Garmin GNS 530AW (urządzenie ostrzegające przed zderzeniem z przeszkodami terenowymi), na ekranie którego (GI-106, 127 x 127 mm) mogą być również wyświetlane informacje o azymucie i odległości z VOR/DME oraz informacje o kursie i odległości do zadanych punktów trasy oraz lotnisk na podstawie nawigacji GPS oraz wbudowanego w urządzenie odbiornika VOR/DME/ILS. Na samolocie wprowadzono także nowy transponder Garmin GTX 330 z wojskowym zakresem pracy Mode S w miejsce starszego, cywilnego Bendix-King KT-76A i nowy radiowysokościomierz w miejsce A-037. Wprowadzono też drugą radiostację Unimor RKL 8200 pracującą na zakresie częstotliwości 30-88 MHz (może być wykorzystywana do szkolenia kontrolerów naprowadzania lotnictwa na taktycznych częstotliwościach łączności lotnictwa z wojskami lądowymi). Dodatkowo wprowadzono cyfrowe panele sterowania obu radiostacjami, RS 6106 (118-137 MHz) i RKL 8200 (30-88 MHz) firmy Honeywell typu KMA 24H-70.
Poprawione skrzydło w zmodernizowanym turbośmigowym samolocie szkolno-treningowym PZL-130 Orlik jest zakończone wilgletami.
Na zmodernizowanym Orliku TC-II można było realizować do 110 godzin programu szkolenia przyszłych pilotów odrzutowych samolotów bojowych w Wyższej Szkole Oficerskiej Sił Powietrznych w Dęblinie (w stosunku do 70 godzin na TC-I). W lipcu 2007 r. dostarczono pierwsze dwa egzemplarze wersji PZL-130TC-II (z numerami 037 i 047) do 2. Ośrodka Szkolenia Lotniczego w Radomiu. W ślad za tym, na bazie wstępnych wymagań taktyczno-technicznych, producent przygotował dla wojska ofertę modernizacji w latach 2009-2010 dalszych 14 samolotów TC-I i dwóch TC-II do standardu zwanego potocznie PZL-130TC-II Garmin. Natomiast do wersji TC-III (w Siłach Powietrznych stosowane było oznaczenie TC-II Glass Cockpit) proponowano zmodernizować w latach 2010-2012 kolejnych 12 maszyn PZL-130TC-I.
W tym samym czasie samolot PZL-130TC-II został wreszcie dostrzeżony przez EADS-CASA jako wyrób własny i w ślad za tym spółka zaczęła wspierać jego promocję w Hiszpanii i na rynkach zagranicznych. Latem 2008 r. piloci hiszpańskich sił powietrznych wykonywali loty na Orlikach TC-II w Radomiu. Ponadto PZL-130TC-II zgłoszono do udziału w przetargu Sił Powietrznych Indii na nowy samolot szkolno-treningowy dla szkolenia podstawowego dla indyjskiego lotnictwa wojskowego. Konkurentem polskiej konstrukcji były w nim szwajcarski Pilatus PC-7 Mk II oraz amerykański Beechcraft T-6 Texan II. Ostatecznie, w 2011 r., Indie wybrały samolot Pilatus PC-7 Mk II.
11 stycznia 2010 r. wytwórnia PZL „Warszawa-Okęcie” podpisała umowę z Departamentem Zaopatrywania Sił Zbrojnych na modernizację 14 samolotów TC-I do wersji TC-II (TC-II Garmin) i wzbogacenie istniejącej awioniki na dwóch eksploatowanych w Radomiu samolotach TC-II o zestaw awioniki umożliwiający szkolenie w lotach bez widoczności (IFR – Instrument Flight Rules). Modernizacja obejmowała wymianę zespołu napędowego wraz z osprzętem, montaż przekonstruowanego skrzydła oraz ,,ucyfrowienie” awioniki poprzez wprowadzenie systemów znanych z rynku cywilnego. Nowe wyposażenie pilotażowo-nawigacyjne wariantu PZL-130TC-II to: odbiornik GPS/COM/VOR/ILS Garmin GNS 530AW z wyświetlaczami typu GI-106 (127 x 127 mm) w obu kabinach, panele sterowania radiostacjami pokładowymi Bendix-King KMA 24H-70 w obu kabinach, dodatkowa radiostacja RKL 8200, transponder Garmin GTX 330 z wojskowym zakresem pracy Mode S i koder wysokości SSD120-35E w pierwszej kabinie.
