Samoloty Tu-22M w ostatnich kilkunastu latach zimnej wojny w znacznej mierze stanowiły o sile uderzeniowej radzieckiego lotnictwa. Po raz pierwszy zostały użyte bojowo nad Afganistanem w czasie sowieckiej inwazji na tej kraj. Później wykorzystano je do nalotów bombowych na cele naziemne w czasie konfliktów zbrojnych, które prowadziła po 1991 roku Rosja. Po raz pierwszy do ataków, do jakich były pierwotnie projektowane, czyli uderzeń za pomocą naddźwiękowych rakiet kierowanych na ważne obiekty znajdujące się na zapleczu frontu, zostały użyte dopiero w czasie trwającej pełnoskalowej rosyjskiej agresji na Ukrainę.
Eksploatacja samolotów Tu-22M w lotnictwie ZSRR
Pierwsze egzemplarze wersji Tu-22M0 trafiły w 1973 roku do riazańskiego 43. CBPiPLS. Seria samolotów Tu-22M1 została przekazana lotnictwu Marynarki Wojennej i trafiła do 540. Instruktorsko-Badawczego Morskiego Pułku Lotniczego Nosicieli Rakiet (Instruktorsko-Issledowatielskij Morskoj Rakietonosnyj Awiacjonnyj Połk, IIMRAP) na lotnisku Kulbakino w ówczesnej Ukraińskiej SRR, podporządkowanego 33. CBPiPLS lotnictwa morskiego ZSRR. Z kolei pierwsze produkowane wielkoseryjnie samoloty w wariancie Tu-22M2 trafiły w 1974 roku do 185. Ciężkiego Bombowego Pułku Lotniczego (Tiażołyj Bombardirowocznyj Awiacjonnyj Połk, TBAP) w Połtawie w ówczesnej Ukraińskiej SRR.
Początkowo eksploatacja Tu-22M2 przebiegała z dużymi problemami: osiągnięcie wstępnej gotowości bojowej 185. TBAP zostało opóźnione o rok z uwagi na dużą liczbę usterek płatowca i wyjątkowo niskie resursy pierwszych egzemplarzy silników NK-22. Sam samolot miał jeden z najniższych wskaźników gotowości w całym lotnictwie wojskowym ZSRR. Problemami były wibracje silników, wycieki z instalacji hydraulicznej, usterki systemu sterowania i wielu innych instalacji oraz pękanie elementów konstrukcji płatowca. Po wyeliminowaniu większości usterek w używanych i produkowanych samolotach tej wersji, w nowe maszyny uzbrajano stopniowo kolejne pułki. Części mankamentów związanych m.in. ze zmęczeniem materiałów nie udało się jednak wyeliminować do końca służby Tu-22M2. Pierwsze większe ćwiczenia sił zbrojnych ZSRR i Układu Warszawskiego z udziałem nowych samolotów pod kryptonimem „Udar-75” miały miejsce w maju 1975 roku. W latach 1974–1981 bombowce Tu-22M2 trafiły do 52. TBAP na lotnisku Szajkowka, 840. TBAP w bazie Sołcy, 1225. i 1229. TBAP na lotnisku Biełaja, a także do 251. Instruktorskiego Ciężkiego Bombowego Pułku Lotniczego (Instruktorskij Tiażołyj Bombardirowocznyj Awiacjonnyj Połk, ITBAP) w bazie Biała Cerkiew w Ukraińskiej SRR.
W tym samym czasie Tu-22M2 trafiły również do pułków lotniczych Marynarki Wojennej: 943. MRAP na lotnisku Oktiabrskoje na Krymie (Flota Czarnomorska), 170. i 240. MRAP w bazie Bychow na Białorusi (Flota Bałtycka), 574. i 924. MRAP w bazie Olenja (Flota Północna), a także 568. i 570. MRAP na lotnisku Kamiennyj Ruczej (Flota Oceanu Spokojnego). W 1991 roku samoloty tego typu ze 170. MRAP przekazano do 183. MRAP w bazie Kniewiczi koło Władywostoku. Łącznie samoloty Tu-22M2 weszły na stan pięciu operacyjnych pułków ciężkiego lotnictwa bombowego i ośmiu pułków lotnictwa morskiego.
Pierwsze nowe Tu-22M3 wprowadzono w 1981 roku do riazańskiego 43. CBPiPLS, a pierwszą jednostką operacyjną na tym typie był 185. TBAP z Połtawy. W ciągu kolejnych dziewięciu lat samoloty Tu-22M3 trafiły do następujących jednostek (w części zastępując starsze Tu-22M2): 52. TBAP w Szajkowce, 132. TBAP w Tartu w ówczesnej Estońskiej SRR, 184. TBAP w Priłukach i 260. TBAP w Stryju (oba w Ukraińskiej SRR), a także 200. TBAP w Bobrujsku i 402. TBAP w Orszy (oba w Białoruskiej SRR), 303. TBAP na lotnisku Zawitińsk, 444. TBAP w bazie Wozdwiżenka, 840. TBAP na lotnisku Sołcy oraz 1225. i 1229. TBAP w bazie Biełaja. W 1985 roku w składzie 33. CBPiPLS sformowano 49. Szkolny Ciężki Bombowy Pułk Lotniczy (Uczebnyj Tiażołyj Bombardirowocznyj Awiacjonnyj Połk, UTBAP). Pułk bojowy w Priłukach rozpoczął natomiast dwa lata później (nieukończone ostatecznie) przezbrojenie w bombowce Tu-160.
W lotnictwie Marynarki Wojennej Tu-22M3 znalazły się przed rozpadem ZSRR w 5. i 943. MRAP Floty Czarnomorskiej na Krymie, 170. MRAP Floty Bałtyckiej w Bychowie oraz 924. MRAP Floty Północnej na lotnisku Oleniegorsk. Łącznie samoloty w wersji Tu-22M3 weszły, w niektórych przypadkach czasowo, na stan aż 12 pułków lotnictwa bombowego dalekiego zasięgu i czterech pułków nosicieli rakiet radzieckiej Marynarki Wojennej.
Samoloty Tu-22M były remontowane w zakładzie produkcyjnym Kazańskiego Zjednoczenia Produkcji Lotniczej (Kazanskoje Awiacjonnoje Proizwodstwiennoje Objedinienije, KAPO) w Kazaniu, a także w 328. Lotniczym Zakładzie Remontowym (Awiacjonnyj Riemontnyj Zawod, ARZ) w bazie Kulbakino, 360. ARZ w Riazaniu-Diagilewie oraz 571. ARZ w Orszy, a silniki NK-25 w 148. ARZ w Białej Cerkwi.
Naddźwiękowe Tu-22M2 i Tu-22M3 radzieckich Sił Powietrznych miały atakować ważne cele na zapleczu przeciwnika, a jednym z głównych zadań tych maszyn podporządkowanych dowództwu lotnictwa morskiego stało się unieszkodliwianie grup bojowych okrętów wojennych NATO, w tym głównie lotniskowców US Navy. Nowe wersje pocisków Ch-22 miały zwiększyć prawdopodobieństwo rażenia celu oraz zmniejszyć skuteczność obrony powietrznej przeciwnika – w warunkach testowych prawdopodobieństwo porażenia celu rakietami tego typu wynosiło co najmniej 80 proc. Wprowadzenie nosicieli rakiet o znacznie lepszych osiągach od poprzedników (czyli samolotów Tu-22) wymusiło zmiany w taktyce zastosowania jednostek ciężkich bombowców i nosicieli rakiet Marynarki Wojennej, choć nie były one rewolucyjne. Najważniejsze zaszły w systemie rozpoznania oraz współdziałania z innymi środkami walki, w tym własnymi okrętami. Od początku lat 60. ZSRR wprowadzał na orbitę okołoziemską kolejne, coraz nowocześniejsze serie satelitów rozpoznania obrazowego (fotograficznego), które wykorzystywano do rozpoznania ogólnej sytuacji militarnej, w tym obserwacji ważnych obiektów i ruchów sił morskich NATO. Zmodernizowane systemy satelitarne umożliwiły szybsze uzyskanie danych obrazowych, które zaczęto wykorzystywać w planowaniu operacji lotniczych. Możliwości bojowe Tu-22M zmniejszał jednak brak wersji rozpoznawczej, umożliwiającej rozpoznanie celu bezpośrednio przed atakiem. Opracowany w drugiej połowie lat 80. wariant Tu-22MR nie został bowiem wprowadzony do służby w większej liczbie. Po drugie, wejście do służby nowych typów okrętów nawodnych i podwodnych z nowszymi typami pocisków skrzydlatych (naddźwiękowych i poddźwiękowych) pozwoliło na organizację wspólnych działań bojowych lotnictwa i Marynarki Wojennej.
Taktyka zastosowania samolotów Tu-22M z kompleksami rakietowymi K-22M/N była oparta na sprawdzonych sposobach realizacji zadań opracowanych dla kompleksów z samolotami Tu-16 (K-10, K-16, K-26) oraz Tu-22 (K-22). Podstawowym wariantem użycia był zmasowany atak na cel (cele), co zapewniało wymagane prawdopodobieństwo rażenia i tym samym efektywność. Dla przykładu, do zniszczenia lub obezwładnienia lotniskowcowej grupy uderzeniowej US Navy lub odpowiedniego celu morskiego planowano wydzielić morską dywizję nosicieli rakiet, czyli około 40 samolotów Tu-22M oraz około 40 starszych Tu-16. Atak miał być przeprowadzony w ugrupowaniu eskadr, które tworzyły formację kolumny grup (eskadr) działających w odpowiednich odstępach czasowych. Dolot do celu następował w dwóch wariantach – na wysokości około 10–12 tys. lub 1–8 tys. metrów. Ataki miały być skoordynowane z aktywnymi zakłóceniami elektronicznymi, choć brak dedykowanej wersji Tu-22MP zmniejszał możliwości walki elektronicznej. Po wejściu na kurs prowadzący bezpośrednio do celu bombowce przechodziły w ugrupowanie kolumna równoległa par. Pokładowa stacja radarowa PN-A umożliwiała wykrycie celów o dużej skutecznej powierzchni odbicia, takich jak obiekty przemysłowe, komunikacyjne czy duże okręty z odległości do 400 km. Po wykryciu i zidentyfikowaniu celów następował wybór celu głównego, określonego do zniszczenia przed startem formacji, oraz celów drugorzędnych. Założenia ataku wskazywały, że na cel zasadniczy ma być skierowana około połowa pocisków rakietowych, pozostałe zaś na cele drugorzędne.
Zmodernizowany kompleks rakietowy K-22M/N pozwalał na zaatakowanie celów według dwóch profili lotu – wysokiego ( wysokość zrzutu pocisku w przedziale 8–13 tys. m) lub niskiego (wysokość zrzutu pocisku w przedziale 1000–8000 m), przy czym pierwszy wariant był stosowany w sytuacjach, gdy dolot do celu odbywał się na dużej wysokości, a drugi – na niskiej. Pocisk po odpaleniu wznosił się na wysokość przelotową (22,5 lub 12 tys. m, w zależności od wysokości zrzutu), a po osiągnięciu punktu rozpoczęcia ataku nurkował pod kątem 30° ze zwiększeniem prędkości do około 4200 km/h. Samolot Tu-22M3 przenosił również pociski aerobalistyczne Ch-15P przeznaczone do niszczenia środków obrony powietrznej, głównie radarów wykrywania celów i kierowania ogniem oraz punktów dowodzenia. Pociski rodziny Ch-15 miały relatywnie małe wymiary i małą skuteczną powierzchnię odbicia radiolokacyjnego, dużą prędkość i balistyczny profil lotu, a tym samym były celami trudnymi do zwalczania przez rakietowe systemy przeciwlotnicze przeciwnika. Wadą Ch-15 był stosunkowo niewielki zasięg lotu, co powodowało, że w większości przypadków samolot-nosiciel wchodził w strefę rażenia ogniowego atakowanych zestawów.