1972年，米格实验设计局开始着手研制一种旨在取代米格-25“狐蝠”的新型截击机，该机围绕两台D-30F-6加力涡扇发动机设计，虽然在最高速度和最大升限上都不及米格-25PD，但作为苏联第四代截击机装备了以SBI-16“屏障”（Zaslon，北约代号“闪舞”）无源相控阵雷达为核心的武器控制系统，使机上两名机组人员能在任何天气条件下，无论白天还是黑夜，在有源或无源干扰作战环境下都能以超音速对目标实施全向拦截和摧毁。1981年12月Ye-155MP原型机通过了最后的国家试飞验收，获得米格-31的正式编号，随后在1982年开始交付苏联国土防空军。

该机服役后立即成为国土防空军最重要的装备，参与了在苏联北部边界附近对SR-71实施的拦截行动。美国间谍机的速度和高度令人震惊，因此每次拦截SR-71的行动都被视为头等大事。

一般来说“黑鸟”起飞3小时后，苏联防空军指挥部就能获得关于该机的详细无线电监听情报。当一架执行巴伦支海侦察任务的SR-71从英国米尔登霍尔空军基地起飞后不久，驻欧苏军就能截获该机在空中加油中与加油机之间的无线电通话，所以如果加油机和SR-71成对出现，苏联防空军就要做好守株待兔的准备了。

雷巴奇半岛的地面引导站一般会首先对目标进行“瞄准”，然后截击机从北部气象条件许可的机场紧急起飞。在整个拦截过程中，飞行员、地勤、指挥部或地面引导站都不能犯任何细微错误。

战斗值班的米格-31机组需要在接到战斗警报后的16分钟内完成起飞准备，也就是说在16分钟内，米格-31将停在跑道头，保持发动机运转，等待着起飞命令。在拦截SR-71时，米格-31当时的标准挂载为4枚R-60和4枚R-33远程半主动雷达制导导弹（AA-9“阿莫斯”）。

起飞五分钟后，米格-31已经爬升到16000米高空，加力燃烧室仍处于开启状态，机组工作量非常大。米格-31此时会表现出令人不快的超音速操纵特点，但速度超过马赫2.35时，由于气动中心的前移，飞行员要将操纵杆一直推到几乎快顶住仪表板的位置才能配平飞机！此时飞行员必须完全伸展手臂，这个姿势非常不舒服，很快就会引发疲劳。当然与米格-25相比，米格-31的超音速飞行品质要好得多。但与“狐蝠”相比，米格-31沉重的机载设备和系统对其性能产生了不利影响，但该机座舱仪表有了显著改进，足足先进了一代。

米格-31拦截SR-71的战术打破了许多常规作战程序，例如该机的起飞是朝北进行的，而不是正常操作要求的向南起飞。此外还消除了许多限制，例如防空军截击机被允许进入超音速的最低高度是11000米，但在拦截SR-71时，这个高度则被降低到8000米。地面引导截击的标准作战高度是16000米，但米格-31次拦截作战中往往能达到18500-19500米的高度，这都是为了建立最佳导弹发射轨迹，有时该机甚至要爬升到20000米高度。

尽管米格-31强大的无源相控阵雷达在拦截中被设置在战斗模式，但为了避免向“可能的敌人”泄露雷达信号，该机并不依赖雷达来截获SR-71。“黑鸟”的J58发动机会在马赫3飞行中会产生强烈红外辐射，所以“猎狐犬”后座的WSO会放下并开启安装在米格-31机鼻下方的OMB（光学多功能设备）红外搜索与跟踪传感器，被动探测100-120公里距离开外的SR-71。这种无源红外系统足以可靠的发现SR-71。

OMB捕捉到目标后，飞行员平显上的SEI（统一显示系统）会显示出目标位置框。如果是两架米格-31编队拦截，BTsVM（机载数字计算机）就能通过三角测量法计算出目标距离。这个功能非常有用，因为在米格-25上，除非地面引导站通过数据链传来目标距离，否则飞行员是没有办法获得这一重要数据的。一切就绪后飞行员耳机中会传来悦耳的女声：“攻击！”（该座舱声音提示系统被苏联飞行员亲切地称为“丽塔”），同时空空导弹的ZDR（杀伤区）会被投射在平显上。

丽塔发出“攻击！”信号后，导弹开始通电，R-33导弹的引导头会指向目标方向。导弹做好发射准备后，后座WSO多功能显示器上的目标图标上就会出现四个绿色三角形。

只有等到地面引导站发出击落目标命令时，WSO才会打开“屏障”雷达。雷达会在OMB的指示下锁定目标，获得发射诸元。导弹完成数据装订后，飞行员只需按下发射按钮，导弹便会发射，向目标飞扑过去。

米格-31在这种拦截任务中获得过很多次击落SR-71的机会，当然，击落命令只在SR-71侵犯苏联领空时才会被下达，所以米格-31飞行员从未获得过发射R-33的机会。80年代初的“黑鸟”的确非常嚣张，尽管不会侵犯边界，但经常做出向边界线猛冲然后在最后时刻转弯擦过的挑衅机动，以至当地的反间谍部门咬牙切齿地希望防空军能击落该机，好让自己在苏联领土或领海拾获“黑鸟”的残骸。