第二种是改进型“图-142M”，1975年11月首飞成功，1980年11月交付海军航空兵使用。该型机主要对电子设备进行了改进，换装了性能更好的“鸢”式搜索瞄准系统，发动机功率增加到11100千瓦，提高了飞行性能和对潜艇的探测打击能力。
第三种是“图-142M3”型，也是性能最好的改型。为了搜索探测80年代以后出现的低噪声潜艇，增加了新型“海龙”对海搜索雷达、新型反潜声纳系统和反潜武器，加强了电子对抗设备及卫星通信导航系统，强化了对水面舰艇和潜艇的探测和打击能力。“图-142M3”于1993年进入海军航空兵服役，至今仍是俄海军重要的岸基反潜力量。
