Ту-22КД в сопровождении истребителей МиГ-21 на параде 1967 года
С 1964 г. на всех серийных машинах начала устанавливаться закрытая система заправки под давлением с заправочной горловиной централизованной заправки. Ту-22 стал первым отечественным тяжелым самолетом с такой системой, которая имела значительно лучшие эксплуатационные характеристики, кроме того, подобная система была куда более пожаробезопасной.
Все вышеперечисленные проблемы с самолетом затянули сроки и усложнили ход заводских и государственных испытаний, проходивших сначала в Жуковском, а затем на аэродроме ГК НИИ ВВС в Ахтубинске. Там в течение пяти лет испытывали и доводили последовательно все модификации Ту-22.
Первым успешно прошел весь комплекс испытаний Ту-22Р, за ним Ту-22У и Ту-22П. Тяжелее всего и ОКБ, и заказчику достались доводки и испытания Ту-22К в составе АРК К-22.Окончательно все проблемы с комплексом К-22 были решены лишь в начале 70-х годов. Огромная заслуга в доводке всех модификаций Ту-22 принадлежит летчикам-испытателям и инженерно-техническому персоналу ГК НИИ ВВС.
В Ахтубинске в первой половине 60-х годов постоянно находилось на испытаниях до трех самолетов типа Ту-22. Основную работу в ГК НИИ ВВС вели экипажи летчиков-испытателей С.Л. Тимонина, Ю.М. Сухова (впоследствии ставшего фирменным летчиком-испытателем ОКБ А.Н. Туполева и поднявшего в первый полет пассажирский самолет Ту-154) и В.И. Кузнецова (последний за испытания Ту-22К на больших углах атаки 21.10.65 г. получил звание Героя Советского Союза). В Государственных испытаниях семейства самолетов Ту-22 приняло большое количество военных летчиков-испытателей и авиационных специалистов испытательного центра в Ахтубинске (Ю.М. Тарасов, Э.В. Голенкин, Н.К. Полетаев, В.А. Мезенцев, В.П. Петриков, Ю.А. Новиков, В.Д. Мазнев, А.И. Моисеев, И.И. Аргасцев, Д.Г. Деменко и т.д.). Испытания, особенно, как отмечалось выше, самолета-ракетоносца Ту-22К , проходили с большими сложностями и требовали от всего персонала испытателей большого умения и мужества. Заслуженный летчик-испытатель СССР А.Я. Никонов, привлеченный к испытаниям, вспоминал:
« ...испытания ракетоносцев проходили очень тяжело как собственно по самолету, так и по пускам ракет. На сверхзвуке из-за неравномерного нагрева обшивки фюзеляж деформировался, что приводило к перемещению тяг управления бустерами. В результате рулевые поверхности отклонялись, вызывая большие кренящие и разворачивающие моменты. Для их парирования, к примеру, штурвал приходилось поворачивать иногда на 90 град. В таких условиях не то что производить пуски - летать нельзя!»
В ходе Государственных испытаний столкнулись с ненадежной работой автопилота, отказами в системе управления. Так, 9 сентября 1966 г. потерпел катастрофу Ту-22К №3102 (экипаж летчика-испытателя В.Ф. Чернова). В испытательном полете из-за отказа в канале продольного управления началась раскачка, справиться с которой летчик уже не смог. В результате погибли командир корабля и оператор, штурман спасся.
Еще один экипаж испытателей в ГК НИИ ВВС 22 апреля погиб на самолете Ту-22РД (Ту-22РЗА) № 3304 (летчик-испытатель В. Корчагин, штурман - Г. Пронин, оператор - А. Санников). Причиной катастрофы стал отказ одного из генераторов переменного тока СГС-30-8 и последующий пожар на двигателе. Все это дополнилось отказом системы сигнализации о пожаре. После тревожного сообщения «Горишь!», поступившего от летчика из отряда космонавтов, невдалеке «крутившего пилотаж» на МиГ-15, командир корабля попросил помощи у наземных служб, так как увидеть двигатели из-за особенностей конструкции самолета экипаж не мог.
С КП распорядились снизиться и пройти над командной вышкой, что и погубило экипаж. Увидев дым, руководитель полетов приказал набрать 2000 м и катапультироваться, но было уже поздно - самолет упал, не успев набрать безопасной для катапультирования высоты.
Из-за затяжки испытаний сложилась своеобразная ситуация: самолет в Казани строился серийно, поступал в войсковые части, а на вооружение принят не был. На основании продолжавшихся испытаний шла нескончаемая череда доработок, в основном по системе управления. Всего было выполнено на летавших машинах и в серийной постройке 8 комплексов доработок, включавших десятки работ по различным системам. Наконец к концу 1968 г. было принято решение принять на вооружение самолеты Ту-22Р, Ту-22К, Ту-22П и Ту-22У, а доводки АРК К-22 продолжить (самолеты Ту-22К, Ту-22П, Ту-22Р были приняты на вооружение согласно Постановлению Совета Министров СССР от 20.12.68 г. и Приказа МАП от 31.1 2.68 г. Комплекс К-22 был принят на вооружение через два года согласно Постановления Совета Министров СССР от 9.02.71 и Приказа МАП от 28.02.71 г.).