В июле 1971 г. на Казанском авиационном заводе приступили к постройке малой серии самолетов Ту-22М-1, государственные испытания которых завершились лишь в 1975 г. (построено девять машин этого типа), но уже в 1972 г., не дожидаясь их окончания, началось крупносерийное производство бомбардировщика Ту-22М-Ј оснащенного ТРДДФ НК-22 (дальнейшее развитие НК-144-22). В ходе испытаний бомбардировщик развил скорость 1800 км/ч и показал дальность 5100 км. В19/6 г. этот самолет был официально принят на вооружение, выпущено 211 самолетов Ту-22М-2.

На базе ТРДДФ НК-22 в ОКБ Н. Кузнецова был разработан новый, более мощный и экономичный трехвальный двигатель с электронной системой управления НК-25. В 1974 г. его установили на специально переоборудованный Ту-22М-2, получивший обозначение Ту-22М-2Е. Под новый двигатель в 1977 г. была создана следующая модификация бомбардировщика - Ту-22М-3. Самолет имел новый воздухозаборник с горизонтальным клином, что обеспечило двигателю лучшие условия работы. Аэродинамика самолета была улучшена за счет придания удлиненной на 0,8 м носовой части фюзеляжа более острых обводов. Кроме того, в соответствии с протоколом договора ОСВ-2, была демонтирована штанга топливоприемника системы дозаправки в воздухе (впрочем, на первых серийных Ту-22М-3 штангу успели установить и она была снята уже позже, после передачи бомбардировщиков в строевые части). Максимальный угол стреловидности крыла для достижения более высоких скоростных характеристик был увеличен с 60 до 65°. Удалось облегчить ряд силовых элементов планера. С целью снижения массы отказались и от раздвижения средней пары колес основного шасси (практика показала, что эксплуатация самолетов класса Ту-22М с грунтовых ВПП - дело весьма сомнительное), вместо двух пушек ГШ-23 в более узкой хвостовой части фюзеляжа оставили лишь одну. Была несколько усилена конструкция крыла. Более компактной и эффективной стала система кондиционирования воздуха, была улучшена компоновка кабин экипажа.