1972年，米格實驗設計局開始着手研製一種旨在取代米格-25“狐蝠”的新型截擊機，該機圍繞兩臺D-30F-6加力渦扇發動機設計，雖然在最高速度和最大升限上都不及米格-25PD，但作爲蘇聯第四代截擊機裝備了以SBI-16“屏障”（Zaslon，北約代號“閃舞”）無源相控陣雷達爲核心的武器控制系統，使機上兩名機組人員能在任何天氣條件下，無論白天還是黑夜，在有源或無源干擾作戰環境下都能以超音速對目標實施全向攔截和摧毀。1981年12月Ye-155MP原型機通過了最後的國家試飛驗收，獲得米格-31的正式編號，隨後在1982年開始交付蘇聯國土防空軍。

該機服役後立即成爲國土防空軍最重要的裝備，參與了在蘇聯北部邊界附近對SR-71實施的攔截行動。美國間諜機的速度和高度令人震驚，因此每次攔截SR-71的行動都被視爲頭等大事。

一般來說“黑鳥”起飛3小時後，蘇聯防空軍指揮部就能獲得關於該機的詳細無線電監聽情報。當一架執行巴倫支海偵察任務的SR-71從英國米爾登霍爾空軍基地起飛後不久，駐歐蘇軍就能截獲該機在空中加油中與加油機之間的無線電通話，所以如果加油機和SR-71成對出現，蘇聯防空軍就要做好守株待兔的準備了。

雷巴奇半島的地面引導站一般會首先對目標進行“瞄準”，然後截擊機從北部氣象條件許可的機場緊急起飛。在整個攔截過程中，飛行員、地勤、指揮部或地面引導站都不能犯任何細微錯誤。

戰鬥值班的米格-31機組需要在接到戰鬥警報後的16分鐘內完成起飛準備，也就是說在16分鐘內，米格-31將停在跑道頭，保持發動機運轉，等待着起飛命令。在攔截SR-71時，米格-31當時的標準掛載爲4枚R-60和4枚R-33遠程半主動雷達制導導彈（AA-9“阿莫斯”）。

起飛五分鐘後，米格-31已經爬升到16000米高空，加力燃燒室仍處於開啓狀態，機組工作量非常大。米格-31此時會表現出令人不快的超音速操縱特點，但速度超過馬赫2.35時，由於氣動中心的前移，飛行員要將操縱桿一直推到幾乎快頂住儀表板的位置才能配平飛機！此時飛行員必須完全伸展手臂，這個姿勢非常不舒服，很快就會引發疲勞。當然與米格-25相比，米格-31的超音速飛行品質要好得多。但與“狐蝠”相比，米格-31沉重的機載設備和系統對其性能產生了不利影響，但該機座艙儀表有了顯著改進，足足先進了一代。

米格-31攔截SR-71的戰術打破了許多常規作戰程序，例如該機的起飛是朝北進行的，而不是正常操作要求的向南起飛。此外還消除了許多限制，例如防空軍截擊機被允許進入超音速的最低高度是11000米，但在攔截SR-71時，這個高度則被降低到8000米。地面引導截擊的標準作戰高度是16000米，但米格-31次攔截作戰中往往能達到18500-19500米的高度，這都是爲了建立最佳導彈發射軌跡，有時該機甚至要爬升到20000米高度。

儘管米格-31強大的無源相控陣雷達在攔截中被設置在戰鬥模式，但爲了避免向“可能的敵人”泄露雷達信號，該機並不依賴雷達來截獲SR-71。“黑鳥”的J58發動機會在馬赫3飛行中會產生強烈紅外輻射，所以“獵狐犬”後座的WSO會放下並開啓安裝在米格-31機鼻下方的OMB（光學多功能設備）紅外搜索與跟蹤傳感器，被動探測100-120公里距離開外的SR-71。這種無源紅外系統足以可靠的發現SR-71。

OMB捕捉到目標後，飛行員平顯上的SEI（統一顯示系統）會顯示出目標位置框。如果是兩架米格-31編隊攔截，BTsVM（機載數字計算機）就能通過三角測量法計算出目標距離。這個功能非常有用，因爲在米格-25上，除非地面引導站通過數據鏈傳來目標距離，否則飛行員是沒有辦法獲得這一重要數據的。一切就緒後飛行員耳機中會傳來悅耳的女聲：“攻擊！”（該座艙聲音提示系統被蘇聯飛行員親切地稱爲“麗塔”），同時空空導彈的ZDR（殺傷區）會被投射在平顯上。

麗塔發出“攻擊！”信號後，導彈開始通電，R-33導彈的引導頭會指向目標方向。導彈做好發射準備後，後座WSO多功能顯示器上的目標圖標上就會出現四個綠色三角形。

只有等到地面引導站發出擊落目標命令時，WSO纔會打開“屏障”雷達。雷達會在OMB的指示下鎖定目標，獲得發射諸元。導彈完成數據裝訂後，飛行員只需按下發射按鈕，導彈便會發射，向目標飛撲過去。

米格-31在這種攔截任務中獲得過很多次擊落SR-71的機會，當然，擊落命令只在SR-71侵犯蘇聯領空時纔會被下達，所以米格-31飛行員從未獲得過發射R-33的機會。80年代初的“黑鳥”的確非常囂張，儘管不會侵犯邊界，但經常做出向邊界線猛衝然後在最後時刻轉彎擦過的挑釁機動，以至當地的反間諜部門咬牙切齒地希望防空軍能擊落該機，好讓自己在蘇聯領土或領海拾獲“黑鳥”的殘骸。