Первыми в строевые части ВВС в 1973 году стали поступать самолеты Ту-22М2. а переучивание на них личного состава началось в 185-м гвардейском тяжелобомбардировочном авиаполку (тбап) 13-й тбад, дислоцировавшийся в Украине в Полтаве, которым командовал будущий главком ВВС П.С. Дейнекин. Самолетов этой модификации построили немного и вслед за ней экипажи полка освоили Ту-22М2. Но в строевых частях они официально назывались Ту-22М.
Освоение Ту-22М в частях проходило трудно, поскольку машина, как и в случае с Ту-22. имела большое количество конструктивно-производственных дефектов. Опыт 185-го тбап стал передаваться и в другие полки, ведь многое в Полтаве делалось впервые. Первый пуск крылатой ракеты Х-22 на сверхзвуковой скорости выполнил экипаж летчика 185 тбап Г.П. Трезнюка. там же отработали и методику нанесения ударов по противнику с предельно малых высот 50-60 метров.
Начиная с середины 1970-х. в частях ВВС и авиации ВМФ Советского Союза стали эксплуатироваться Ту-22М2. Первым на Ту-22М2 перевооружился с ракетоносцев Ту-16К в 1974 году 185-й тбап в Полтаве (Украина).
К 1980 году Ту-22М2 освоили экипажи 840-го тбап 326 тбад. дислоцировавшегося на аэродроме Сольцы, и 1225 тбап 31-го тбад (аэродром Белая, Иркутская область). В том же году Ту-22М2 впервые участвовали в маневрах «Братство по оружию – 80». Судя по тому, что на их долю выпало «минирование» проливов в Балтийском море, на эти ученья привлекли не только ВВС, но авиацию Краснознаменного Балтийского флота.
В 1976 году в 840-й Краснознаменный тбап (Сольцы) поступили восемь Ту-22М2, а в 1982-м машины этого типа стали осваивать в 1225-й и 1229-й тбап, дислоцировавшиеся на аэродроме Белая под Иркутском. Ранее они были вооружены ракетоносцами Ту-16К. Эксплуатация Ту-22М2 в частях Дальней авиации ВВС России продолжалась до середины 1990-х годов, а в морской авиации – немного дольше, после чего все эти самолеты вывели в резерв и законсервировали, уступив место Ту-22М3.
Самолеты Ту-22М2 оснащались аппаратурой дозаправки топливом в полете. Первый и последний опыт перелива горючего в воздухе в Дальней авиации был получен в июне 1984 года в 1225 тбап, где проходили сборы наиболее опытных экипажей из 31-й тбад. Но на этом все и закончилось. поскольку после подписания договора между СССР и США Ту-22М2 попал в разряд стратегических, и со всех машин демонтировали оборудование дозаправки топливом в полете.
Освоение в частях еще «сырого» с массой конструктивно-производственных дефектов Ту-22М2 сопровождалось высокой аварийностью.
Первая авария Ту-22М2 (командир подполковник В.Р. Широкожухов) в одной из частей Дальней авиации произошла 9 января 1980 года, когда на посадке разрушилась правая стойка шасси. Производственный дефект дал о себе знать при посадке с повышенной скоростью (315 км/ч вместо положенных 290 км/ч).
В сентябре 1981 года во время учений «Запад-81» привлекались Ту-22М2 840-го тбап, а спустя три месяца к освоению этих самолетов приступили в 52-м гвардейском тбап (аэродром Шайковка), но первые же полеты они выполняли в Полтаве.
Первая же катастрофа Ту-22М2, принадлежащего Дальней авиации произошла, видимо, 8 июля 1983 г. Ложное срабатывание сигнализации о чрезмерной вибрации одного из двигателей привело к потере экипажем контроля над ситуацией и выходу машины на режим сваливания. Итог этого полета печален, кроме потерянной машины погибли командир В.М. Цибулин и его помощник В.Ю. Трофимов.
Ту-22М3 с ракетами Х-22 под крылом и многозамковыми бомбодержателями под воздухозаборниками
Спустя два года еще одно происшествие. на этот раз на самолете летчика Бондарева. В феврале 1985 года, выполняя перелет с аэродрома Дягелево (Рязань) в Воронеж, отключили левый двигатель из- за нарушения работы маслосистемы. Вслед за этим отказал и правый двигатель из-за обрыва лопатки одной из ступеней компрессора. Экипаж Ту-22М2 удачно катапультировался, но самолет потеряли.
В сентябре этого же года экипаж Ту-22М2 (командир Б.М. Карповский) из Белой (вблизи Иркутска) попал в кучево-дождевую облачность и подвергся сильной электризации и обледенению, а затем потерял пространственную ориентировку и вышел на режим сваливания. Видимо, скоротечность аварийной ситуации не позволила экипажу воспользоваться средствами спасения.
В полете 16 мая (по другим сведениям в сентябре) 1986 года на Ту-22М вскоре после взлета с аэродрома Шайковка (г. Киров, Калужской обл.) в хвостовой части фюзеляжа из-за обильной течи керосина возник пожар. Экипаж развернул машину на обратный курс, но перегорели тяги управления стабилизатором и рулем высоты. Последним покинул неуправляемую машину командир корабля капитан Мурсанков на высоте менее 100 метров. Через две-три секунды самолет взорвался в воздухе, уткнувшись носовой частью в озеро Верхнее. Однако горящий керосин накрыл автобусную остановку у проходной завода, унеся жизни около 30 человек. Причина: трагедии была связана с установкой на заводе нештатных топливных шлангов, которые вырвались из заделки, и керосин хлынул на двигатели.