Помимо вспомогательной силовой установки и увеличенной реверсивной тяги, Ту-134А отличался наличием редуктора постоянной скорости, и это обеспечивало электропитание переменного тока. Еще одним нововведением являлась система кондиционирования воздуха, которую можно использовать при нахождении самолета на земле, что было особенно ценно в летнее время. Наконец, впервые на советском авиалайнере применялся бортовой трап.
Первый раз Ту-134А поднялся в воздух 22 апреля 1969 года, через семь месяцев он поступает в эксплуатацию в подразделения «Аэрофлота». Харьковский завод наращивает темпы производства: в 1970 году было построено 20 самолетов, в 1971-м – 49, к 1974 году ежегодно выпускалось 59 самолетов.
К 1967 году Ту-134 осуществлял перевозки пассажиров на многих маршрутах средней дальности между городами Советского Союза, а с созданием Центрального управления международных воздушных сообщений (ЦУМВС) – на трассах в города Восточной Европы и ближние аэропорты Западной Европы. Первым из них был Белград (9 августа). В следующем месяце начались полеты в Вену и Стокгольм. До конца того же года были организованы полеты в Варшаву, Хельсинки и Цюрих, а в следующие несколько лет и в другие города. На авиалиниях стран Восточной Европы в течение следующих пятнадцати лет работало более ста Ту-134, и в скором времени он становится основным реактивным пассажирским самолетом средней дальности в регионе.
В 1980 году появился Ту-134В, пассажировместимость которого увеличилась до 80 человек. Первый самолет с бортовым номером СССР-65720, все еще находящийся в эксплуатации, используется в АНТК имени Туполева как транспортный. Всего было построено 28 самолетов этой модели. Они эксплуатировались Латвийским и Азербайджанским управлениями «Аэрофлота» и поставлялись в авиакомпанию «Сирианэйр», Гонконг, Вьетнам и в северокорейскую авиакомпанию «КААК».
К 1990 году самолеты Ту-134 и Ту-154 перевозили 75 процентов всех пассажиров «Аэрофлота». В апреле 1991 года «Аэрофлот» перевез пятисотмиллионного пассажира Ту-134. После распада Советского Союза в конце 1991 года самолеты Ту-134 продолжали оставаться в эксплуатации в авиаотрядах «Аэрофлота», которые затем преобразовывались в новые авиакомпании, в ЦУМВС, в авиаотряде, обслуживающем членов правительства, в центральных регионах, Минводах, Архангельске, Санкт-Петербурге, Астрахани, Воронеже, Сыктывкаре, Калининграде, Челябинске, Перми, Нижнем Новгороде, Самаре, Оренбурге, Ростове-на-Дону, Волгограде, Грозном, Иванове, Тюмени и в двенадцати из четырнадцати бывших союзных республик СССР. К середине 1994 года в эксплуатации оставалось 608 Ту-134, включая 410, которые обслуживали авиалинии. Еще десять представляли собой специальные сельскохозяйственные варианты с индексом «СХ». Поставленные в Министерство сельского хозяйства, эти самолеты оснащались оборудованием для высотных облетов больших площадей сельскохозяйственных культур и наблюдения за их состоянием, а также полива и удобрения.
Сельскохозяйственные версии самолета отличаются от стандартных Ту-134 двумя съемными гондолами, установленными под крылом. В них располагаются антенны радиолокационной станции бокового обзора. В нижней части фюзеляжа находятся застекленные отделения: три с наддувом и одно без наддува, каждое из которых закрывается раздвижными дверьми. В самолете имеется девять рабочих мест, каждое из которых оснащено специальным оборудованием и пультом управления. Для экспресс-анализа данных на самолете предусмотрена лаборатория, работающая в шести диапазонах электромагнитного спектра. Имеется топографическая камера, система съемки с блоком развертки, способная работать одновременно в шести диапазонах: четырех оптических и инфракрасных, двух – тепловых и инфракрасных. Одиннадцать самолетов были поставлены в Министерство сельского хозяйства, один – опытный образец – остался в ОКБ Туполева. В течение часа он может произвести съемку площади, равной 100 км² .
Еще 188 самолетов работают в ВВС в качестве транспортных, а также тренировочных самолетов для обучения летных экипажей дальней авиации (вариант «УБЛ» с удлиненной носовой частью) и тренировки штурманов (вариант «Ш»). Это оставшиеся из 199 самолетов Ту-134 и Ту-134А, которые были переоборудованы в Харькове в период с 1971 по 1983 год. Большинство из первых Ту-134, находящихся в «Аэрофлоте» и иностранных компаниях, в т.ч. несколько самолетов, которые раньше принадлежали авиакомпаниям «ЛОТ», «Авиогенекс» и «ЧСА», переоборудованы в модель «Ш». Что касается самолетов Ту-134УБЛ, то это главным образом переоборудованные новые Ту-134А.