在1962年至1963年间，苏军将两架图-22R改装成了图-22RD原型机。工厂测试于1964年上半年开始，重点放在空中加油机和受油机之间的对接方式上。相关的飞行测试困难重重，在近60次对接中，仅进行了4次输油。在这4次测试中，总共输送了25吨燃油，但是在成功地进行空中加油时，图-22RD实际上最多可以接收13吨燃油。为了提高技术水平，苏联军方的试飞员们又进行了60多次试飞。其中，最初的测试都是由尤里•苏霍夫（Yury V. Sukhov）进行的，但该项目最终是由亚•克里莫夫（V. Ya Klimov）完成的，克里莫夫总共进行了45次空中加油对接。
图-22RD正在接受一架图-16N加油机的空中加油
克里莫夫曾驾机飞越北极点，进行了图-22RD航程最长的试飞之一。在完成了两次空中加油之后，他驾驶的这架“眼罩”总共飞行了9小时零48分钟。对“眼罩”进行空中加油的测试持续了将近三年，图-22RD型的批量生产工作于1965年开始，到1967年结束为止，共生产了26架。同时，一些之前生产的图-22R也进行了类似的返厂改装。由于能够进行空中加油，因此图-22RD不再需要机身前部的内部油箱了，这增加了机内空间，可用来容纳更多的侦察和电子情报搜集设备。
批量生产的图-22RD由RD-7M2发动机提供动力，该发动机可提供更大的推力，使飞机的最高速度升至1640千米/小时（约合456米/秒），从而达到了苏联部长会议在20世纪50年代后期提出的最初要求。此外，由于安装了气动操纵的PT-1伸缩式空中加油探头，因此机头的天线罩也进行了重新设计，为此图-22RD改装了一台“红宝石-1L”雷达，绰号“短角”。
北极侦察任务
苏联海军航空兵下属的独立远程侦察航空团或海上侦察航空团也进行了所谓的“舰队间（协同）训练”，在开展此类训练期间（20世纪60年代和70年代），相关部队从加里宁格勒州的契卡洛夫斯克（Chkalovsk）和克里米亚州的萨基•诺沃费多里夫卡（Saki Novofedorivka）转场到了位于基佩洛沃（Kipelovo）的北方舰队航空基地。甚至就连不具备仪表飞行能力的图-22R也从基佩洛沃基地起飞执行过远程任务，以拍摄北约的舰艇和基地；在图-22RD进入苏联海军航空兵服役后，其滞空时间有了进一步的增加。
独立海上侦察航空兵第30团的谢尔盖•鲍里索维奇•布特科夫斯基（Sergey Borisovich Butkovsky）少校参加过从萨基基地前往北方舰队的这些轮战，他当时的军衔还是上尉。他说：“1967年，十多个飞行机组从克里米亚飞往费多托沃（Fedotovo），并以那里为基地执行了数次飞往北冰洋、挪威海和北海的任务。其中，图-22R耗时最长的任务之一是在没有进行空中加油的情况下进行的，这次任务共持续了5小时零55分钟。
独立远程侦察航空兵第290团装备的一架图-22RD的机尾特写，可以看到DK-20尾炮及其上面的PRS-3“氩气-2”火控雷达
布特科夫斯基少校还回忆说：“1972年秋天，18个飞行机组飞往沃洛格达（Vologda）附近的一座机场，并成功地驾驶图-22RD在同一海域上空进行了多次飞行。在返回克里米亚之前，图-22RD曾进行过空中加油，希望能飞越位于里海的第700靶场，但在最后一刻，计划改变了，飞往靶场的航程被取消了，因此有必要直接返回萨基基地。也不需要再进行空中加油了，因为这会使我们的飞机沉重地落地，而我们是不被允许放油的。为此，我们的指挥官米什科（Myshko）上校决定以超音速飞行的方式消耗掉多余的燃油。”
于是，令人意想不到的一幕发生了：“这条航线沿着莫斯科防空区的东郊通过，他们已经准备对我们的图-22RD进行拦截训练，但是防空部队并不知道这架图-22会以超音速飞行……最终，没有一架战斗机成功地拦截过我们的飞行编队。”
电子战型号
20世纪60年代中期，苏联军方决定将图-22RD发展成一种战术电子情报/无线电信号情报搜集装备，以支援重型轰炸航空团。为此，国营第22工厂从独立远程侦察航空兵第199团手里接收了一架战术编号为“85”（c/n号为1477024）的图-22RD，并于1970年将其改装为新式无线电信号情报侦察型“眼罩”的第一架原型机，该新机型被称为图-22RDK。最终，第一架图-22RDK原型机于1975年3月被交付给独立远程侦察航空兵第199团，编号改为“红色09号”。
除后来新造的机身外，一些消息来源还声称，在送至梁赞市第360飞机维修厂的机库内维护期间，又有12架图-22RD被改装为图-22RDK，但正式存在于官方记录中的只有4架。图-22RDK后缀中的“K”表示SRS-11“电缆-4”无线电信号情报侦察系统，该系统是对米格-25RBK“狐蝠-B”侦察机中装备的“电缆-3M”系统的改进型。SRS-11“电缆-4”系统的天线安装在飞机前机身左侧和右侧五对电介质板的下方。
“眼罩”的电子战型号图-22RDK
图-22RDK还加装了图-22RD上的SRS-7“菱形-7B”无线电信号情报侦察系统，该系统的天线安装在前机身两侧扁平的矩形电介质板的后方，紧挨在SRS-11系统天线的后面，并靠近翼根。SRS-7无线电信号情报侦察系统可以确定地面雷达站的类型、操作模式和大概的位置，并将相关情报记录在磁带上。
虽然SRS-7系统记录的情报需要在地面上进行分析，但SRS-11系统采集的数据却可以在飞机还在空中时通过数据链传输。图-22RDK的领航员通常会将“红宝石-1L”雷达设置为手动模式，以便将其波束指向地空导弹或预警雷达站的大概方位，迫使后者从待机模式切换到活跃模式，从而使“电缆-4”系统能够分析数据，并找到其确切的位置。通过这种方法，苏联远程航空兵的侦察团可以准确地了解北约国家在哪些地方部署了“奈基-1”“奈基-2”和“霍克”地空导弹。“电缆-4”系统收集的数据还可以帮助苏军轰炸航空团装备的图-22KP飞机使用Kh-22P反辐射导弹摧毁敌方的预警和地空导弹阵地，或是在图-22K以及图-16K等导弹载机执行打击任务时，协助图-22P/PD电子干扰机使敌人的雷达无法使用。