Этот самолет стал первой модификацией Ту-22. Разведчик-бомбардировщик и его последующие варианты предназначались прежде всего для ведения радиотехнической и фоторазведки военно-промышленных объектов, аэродромов, стартовых позиций ракет, военно-морских баз и портов, РЛС и прочих объектов в глубоком тылу вероятного противника, а также на море днем и ночью, в простых и сложных метеоусловиях.
Бортовое оборудование позволяло вести радиотехнический поиск РЛС с использованием аппаратуры «Ромб-4А» и «Роза», радиолокационную разведку местности с помощью РЛС «Рубин-1М» и фотографированием изображения на экране приставкой «ФАРМ». В грузовом отсеке размещались в различных комбинациях аэрофотоаппараты АФА-40, АФА-41 и АФА-42 с объективами с фокусным расстоянием от 20 до 100 см, а также камера для ночной съемки НАФА-МК-75.
Кабина штурмана на Ту-22Р, в отличие от Ту-22, имела дополнительное окно в правом борту фюзеляжа, предназначенное для работы с фотовизиром перспективного фотоаппарата.
К концу 1962 года из сборочного цеха выкатили пять Ту-22Р. Для превращения разведчиков в бомбардировщики требовалось лишь поменять оборудование. Для индивидуальной защиты при прорыве через систему ПВО противника Ту-22Р оснащались устройствами постановки пассивных помех КДС-16 и кассетами АСО-2И, размещавшихся в гондолах основных опор шасси. В последствии на некоторых машинах устанавливали вместо кормовой артиллерийской установки ДК-20С станции активных помех СПС-151/152/153. Разведчик мог использоваться и в качестве самолета радиоэлектронной борьбы. Для этого необходимо было лишь оснастить его соответствующим съемным оборудованием.
11 ноября 1961 года П.В. Дементьев сообщал в ЦК КПСС:
Чужие недостатки мы знали лучше, чем свои. А летные происшествия с Ту-22 продолжались.
В 1965 году при выполнении испытательного полета в районе озера Баскунчак погибли летчик В.Черно-Иванов и радист Пузатов. Летчик катапультировался на слишком малой высоте, и его парашют не успел наполниться. Штурману В.И. Царегородцеву повезло больше всех – он остался жив.
В том полете предстояло определить параметры демпфирования самолета при введении в систему управления искусственных параметров, моделировавших внешнее воздействие. Видимо, произошла раскачка машины с превышением расчетной перегрузки.
Год спустя – еще одна трагедия, и снова с экипажем НИИ ВВС. Во время испытательного полета с двигателя сорвался электрогенератор. Из поврежденного им трубопровода керосин попал на двигатель и вспыхнул. Пожар разрушил тяги управляемого стабилизатора. Самолет, находившийся над ВПП, взмыл вверх и рухнул на землю, унеся жизни летчика В.И. Корчагина, штурмана Г.И. Пронина и радиста А.А. Сальникова. Надо отметить, что незадолго до трагедии на таком же самолете лопнул топливопровод, вызвав пожар правого двигателя. Тогда экипажу летчика-испытателя В.Иванова удалось спасти машину.
В 1965 году на машине № 7 установили двигатели РД-7М2 тягой по 16 500 кгс, элерон-закрылки и упругую подвеску шасси. Система управления машиной, и без того вызывавшая много нареканий ВВС, еще больше осложнилась. Теперь элероны работали лишь на дозвуковых скоростях, а при переходе на сверхзвук отключались, и их функцию выполняли внешние секции закрылков. Применение этого технического решения исключило реверс элеронов и расширило диапазон скоростей полета. Одновременно удалось увеличить критическую скорость флаттера крыла и снять с него противофлаттерные грузы.
Как уже отмечалось, дальность Ту-22 оказалась ниже заданной. Увеличить же ее можно было только путем дозаправки топливом в полете, и на самолет установили систему «штырь – конус», аналогичную той, что использовалась на Ту-95.
В 1963 году подобным устройством оснастили первые два серийных № 801 и № 901, получивших обозначение Ту-22РД. В качестве танкера использовали доработанный Ту-16.