В качестве перспективных направлений дальнейшего совершенствования МиГ-31 рассматривались варианты увеличения его дальности полета, применения РЛС с активной фазированной антенной решеткой, а также реализации принципов бистатической радиолокации для обнаружения и атаки целей со сниженной РЛ-заметностью.
Экспериментальный МиГ-31 Д («изделие 07») предназначался для запуска ракеты-перехватчика космических объектов и в какой-то мере являлся аналогом американской противоспутниковой системы на базе F-15. В 1987-89 гг. ОКБ им. Микояна построило 2 опытных экземпляра (борта «071» и «072» синие). МиГ-31 Д отличался от базовой машины, прежде всего, тем, что с него сняли весь прежний комплекс вооружения, часть оборудования, ликвидировали ниши под ракеты Р-33. Была установлена аппаратура, обеспечивавшая реализацию сложной траектории полета самолета-носителя для приведения в нужное положение инерциальной системы запускаемого баллистического объекта, автоматическую коррекцию курса по командам центрального пункта управления, а также выполнение «горки» с выдерживанием определенных параметров высоты, скорости, угла наклона траектории, географических координат и т.п. Наплывы крыла имели такую же форму, как на МиГ-31 М. На законцовках крыла установили вертикальные «ласты» для увеличения путевой устойчивости при подвешенной противоспутниковой ракете. Ее разработало КБ «Вымпел», а системой вооружения МиГ-31Д в ОКБ им. Микояна занималась бригада В.М. Полякова.
Первый полет на МиГ-31 Д выполнил заслуженный летчик-испытатель СССР А. Г. Фастовец, карьера которого подходила к концу. По состоянию здоровья ему разрешали полеты только на самолетах с двойным управлением, которое на МиГ-31 Д изначально не предполагалось. Однако шеф-пилот микояновской фирмы В.Е. Меницкий считал, что поднимать в воздух сложную в управлении машину должен летчик экстракласса – Фастовец, в результате чего решили установить ручку управления в задней кабине, дабы формально сделать МиГ-31Д самолетом с двойным управлением.
В течение нескольких лет обе машины испытывали пилоты ОКБ в Жуковском (кроме Фастовца, на МиГ-31Д летали Квочур и Аубакиров), причем большую часть полетов выполнили на втором самолете. В 1987-92 гг. на полигоне Сары-Шаган в Казахстане с самолетов, пилотируемых Фастовцом и Аубакировым, было проведено более 100 пусков противоспутниковой ракеты. Они полностью подтвердили готовность комплекса к принятию на вооружение. Однако в связи с отсутствием финансирования работы над «изделием 07» приостановили. Известно, что как минимум один МиГ-31Д так и остался на территории испытательного полигона в Казахстане.
В 1997 г. МАПО «МиГ» на базе МиГ-31Д начало разработку МиГ-31С, предназначенного для пуска ракет-носителей с малогабаритными искусственными спутниками земли (ИСЗ). В основу был положен опыт, накопленный при создании МиГ-31Д. Коммерческую ракету-носитель РН-С (ракета-носитель-самолетная) грузоподъемностью до 200 кг планировали запускать с самолета, летящего на высоте порядка 17000 м со скоростью 3000 км/ч. Ракету также разрабатывало КБ «Вымпел». Первый запуск намечался на 1999-2000 гг. О практической реализации проекта информации не поступало.
На выставке Asian Aerospace-2006 в Сингапуре казахстанская компания «КазКосмос» представила перспективный авиационно-ракетный комплекс выведения на орбиту космических аппаратов «Ишим» на базе МиГ-31Д. «Ишим» предназначался для оперативного выведения на различные орбиты большого количества малых спутников. Комплекс включал самолет-носитель МиГ-31И, трехступенчатую ракету-носитель, подвешиваемую под его фюзеляжем, а также воздушный командно-измерительный комплекс на базе Ил- 76МД. Взлетная масса МиГ-31И с ракетой составляла около 50 т, расчетная дальность полета до точки пуска – 600 км. высота точки пуска – 15-18 км, а скорость в этой зоне – 2120-2230 км/ч. Параметры орбит ИСЗ могли меняться в широких пределах, включая высокие эллиптические, гелиосинхронные, экваториальные, полярные и т. д. Предлагалось использовать «Ишим» с полигона Сары-Шаган (для международных проектов) или с территории государства-заказчика. По сообщениям прессы, в программе должны были использоваться два МиГ-31 Д. Вероятно, работы остановились на опытной стадии. Например, известно, что в 2005 г. некоторые элементы этого комплекса отрабатывались в ГЛИЦ в Ахтубинске.
Для отработки системы аварийного покидания и выполнения тренировочных катапультирований из второй кабины на базе серийного МиГ-31 была создана летающая лаборатория (борт «79» красный). Внешне самолет отличался уменьшенной площадью остекления фонаря задней кабины и небольшими контейнерами с киносъемочной аппаратурой на законцовках крыла. Машина в основном эксплуатируется в ГЛИЦ. Самолет в 1992 г. экспонировался на первом авиасалоне в Жуковском. На нем был нанесен небольшой знак, изображавший голову льва, и посетители авиасалона тут же переиначили присутствовавшие в обозначении самолета буквы «ЛЛ» из «летающей лаборатории» в «лысый лев».
Необходимо также отметить, что серийные и опытные «тридцать первые» участвовали в большом количестве экспериментальных работ по перехвату особо низколетящих целей, изучению влияния переотражения радиосигналов от земли, наведению на цель с использованием целеуказания от космических и загоризонтных РЛС и т.д.
К весне 1980 г. первые серийные МиГ-31 поступили в 148-й Краснознаменный ЦБПиПЛС авиации ПВО в Саваслейке, где и началось переучивание строевых экипажей на новый авиационный комплекс перехвата. Пройдя теоретическое обучение, в конце марта первыми на новом «МиГе» вылетели четыре экипажа Центра (летчики п-ки И.Е. Жуков, Л.И. Линник, подп-ки Э.В. Бугорский. В.В. Крутько, штурманы к-ны С.Н. Балдин, Л.А.Демидов, Д. А. Добрыднеев и М.В. Субботин). Вскоре на МиГ-31 переучились и летчики 786-го ИАП из Прав-динска, расположенного недалеко от Горького. Первые самолеты полк принял в день своего 39-летия – 23 февраля 1981 г. На базе 786-го ИАП новейший комплекс перехвата прошел войсковые испытания, после которых осенью 1982 г. полк заступил на новой технике на боевое дежурство. В январе 1982 г. переучивание начали экипажи 174-го Печенегского Краснознаменного ГИАП им. Б.Ф. Сафонова, который базировался на Кольском полуострове в Мончегорске. В сентябре 1983 г. новые «МиГи» прибыли на Дальний Восток – в дислоцированный на сахалинском аэродроме Сокол 777-й ИАП. В следующем году их освоил сибирский 763-й авиаполк из Комсомольского (Тюменская обл.).
К концу 1980-х гг. полки МиГ-31 базировались более чем на 20 аэродромах, разбросанных по огромной территории Советского Союза. Кроме названных мест, они несли службу в Талагах (под Архангельском, 518 -й ИАП), Елизово (Камчатка, 865-й ИАП), Чугуевке (Приморский край, 513-й ИАП), на аэродроме Омск- Северный (64-й ИАП). в Братске (350-й ИАП), Громово (Ленинградская обл., 180-й ИАП), Ростове-на-Дону (83-й ИАП), Хотилово (Калининская ныне Тверская обл., 790-й ИАП), Большом Савино (под Пермью, 764-й
