На 2015 г. в строевой эксплуатации ВКС России имели 70 самолетов этого типа. Модернизация идет в двух направлениях. Первое предусматривает установку нового комплекса ракетного вооружения с усовершенствованной крылатой ракетой Х-32 (изд. 9-А-2362) с повышенной дальностью полета и улучшенной точностью пуска. Ракета будет иметь улучшенную инерциальную систему управления с коррекцией по рельефу местности и новую активную радиолокационную головку самонаведения. Она будет комплектоваться или ядерной боевой частью ТК-56, или фугасно-кумулятивной боеголовкой. Самолеты с новым комплексом ракетного вооружения обозначаются Ту-22М3М.
Для атаки малоразмерных целей свободнопадающими и управляемыми бомбами в условиях применения противником средств противовоздушной обороны малой дальности или сложного рельефа, требующего маневрирования во время выполнения захода на бомбометание, на самолеты Ту-22М3 устанавливается прицельно-навигационная система СВП-24-22 разработки ОАО «Гефест и Т». Она обеспечивает одиночное автономное наведение самолета на цель с перенацеливанием в полете, групповую атаку цели самолетами соединения с разных произвольных направлений, применение корректируемых авиабомб со спутниковым наведением, измерение координат текущего местоположения, абсолютной высоты и составляющих путевой скорости в автономном и дифференциальном режимах работы по данным от спутниковых навигационных систем, определение высоты цели над уровнем моря по данным о высоте рельефа местности района полета, а также коррекцию счисленных координат по полю рельефа местности в районе полета. Кроме того, она принимает и регистрирует на внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) параметрическую информацию, поступающую от прицельно-навигационной системы НК-45, БКО "Урал", бортового регистратора параметров полета, а также информацию, приходящую по мультиплексному каналу от вычислителя СВ-24, бортового локатора ПНА-Д и отображает ее на жидкокристаллических индикаторах в кабине штурмана-оператора.
С установкой системы СВП-24-22 точность навигации повышается в 8-10 раз, бомбометания – в 7-9 раз (по данным разработчика). Самолеты с такой системой получают обозначение Ту-22М3-01.
Бомбардировщики Ту-22М3 ВКС России, которые задействованы в контртеррористической операции в Сирии, уже доработаны установкой системы СВП-24-22. Опыт этой операции также будет учтен при доработке остального парка самолетов.
Подробнее о составе вооружения и вооружения модернизируемых Ту-22М3 можно прочитать в НиТ №10 и 12 2015 г. Параллельно с установкой нового оборудования и вооружения планируется продлять срок эксплуатации модернизируемых Ту-22М3 (а это машины выпуска конца 80-х – начала 90-х гг.) до 35 лет.