На основании полученных результатов совместных государственных испытаний Ту-22М2, а также большого объема проведенных доводок и испытаний систем оборудования и вооружения комплекс К-22М с Ту-22М2 в августе 1976 года принимается на вооружение Дальней Авиации и авиации ВМФ.
Ту-22М2 находился в серийном производстве до 1983 года, всего завод в Казани построил 211 Ту-22М2.
В апреле 1974 года первые четыре Ту-22М2 поступили в Рязань, в этом же году Ту-22М2 начали получать строевые полки.
В целом освоение в частях ДА и авиации ВМФ новых Ту-22М проходило более спокойно, чем его предшественника Ту-22. Сказались большая доведенность и надежность конструкции и обрудования.
Общая оценка нового самолета со стороны летного и технического состава была положительная. Современное пилотажно-навигационное оборудование с широкими функциональными возможностями, а также введение второго пилота и более продуманная эргономика рабочих мест экипажа позволили более качественно решать задачи пилотирования, навигации и управления ударным и оборонительным вооружением, поднять уровень безопасности полетов, уменьшить утомляемость экипажа при выполнении длительных полетов. Чувство уверенности у летных экипажей к новому самолету добавляла система аварийного покидания с катапультированием кресел вверх, снявшая ограничения по минимальной высоте аварийного покидания самолета, присущие старым Ту-22.
Появление в СССР нового дальнего ракетоносца-бомбардировщика Ту-22М вызвало большую озабоченность у руководства стран НАТО. Первая информация о разработке советского дальнего бомбардировщика с крылом изменяемой стреловидности просочилась на Запад в конце 60-х годов. В 1969 году в авиационных журналах появились рисунки и схемы самолета, очень схожие с первоначальным проектом «145».
В начале 70-х годов на Западе появляется информация о первых Ту-22М. Анализируя предполагаемые летно-тактические данные Ту-22М, а может быть, имея на руках данные по проекту «145», западные аналитики приписали самолету качества межконтинентального носителя, способного наносить удары по территории США. В результате Ту-22М стал одним из «камней преткновения» в переговорах по сокращению стратегических вооружений между СССР и США в 70-е годы.
После долгих и тяжелых переговоров СССР пошел на договоренность с США в рамках ОСВ-2, по которому судьба Ту-22М решилась не лучшим образом для этого авиационного комплекса: со всех Ту-22М, находившихся в строю, сняли обрудование заправки топливом в полете, что значительно ограничило возможности всего авиа-ционно-ракетного комплекса. Кроме того, по договору США добились от СССР ограничения серийного производства Ту-22М на уровне тридцати машин в год.
Великолепная «тройка»
ОКБ постоянно работало над расширением ударных возможностей самолета Ту-22М, в том числе и по оснащению комплекса новыми типами ракет.
В 1976 году в рамках мероприятий по дальнейшему развитию комплекса принимается решение по оснащению Ту-22М2 аэробаллистическими ракетами в различных вариантах.
В ходе работ по данной тематике был переоборудован один из серийных Ту-22М2 под опытный комплекс с аэробаллистическими ракетами.
Новый комплекс успешно прошел испытания и был рекомендован к принятию на вооружение, однако в дальнейшем решено было этот ракетный комплекс внедрить на более совершенную модификацию самолета-носителя Ту-22МЗ, что было успешно выполнено в первой половине 80-х годов.
В 1977 - 1979 годах были проведены совместные государственные испытания самолетов типа Ту-22М с ракетами Х-22МП и Х-28 с пассивными ГСН, предназначенными для поражения работающих наземных и корабельных РЛС
В 1979 году СГИ комплекса К-22МП с ракетой Х-22МП были успешно завершены и комплекс был также рекомендован к принятию на вооружение.
Обеспечение заданных со стороны ВВС требований к Ту-22М давались ОКБ и предприятиям, занятым в программе создания и совершенствования самолета и комплекса, весьма нелегко - особенно достижение необходимых параметров по максимальной дальности и максимальной скорости, а также по дальнейшему повышению надежности работы элементов комплекса.