試飛與服役
RSK MiG公司在2001年開始米格-31BM升級的初步研發工作，兩架後期生產的米格-31B被改裝成米格-31BM原型機，分別於2005年9月和12月首飛，隨後兩架原型機被移交阿赫圖賓斯克第929國家試飛中心（GLIT）進行聯合國家試飛。第一階段試飛於2007年11月完成，根據當年4月籤訂的合同，首批米格-31BM開始批量升級。
第一架預生產型米格-31BM交付給了第929試飛中心，首批兩架生產型標準的米格-31BM於2008年3月20日被移交給俄空天軍第4戰鬥訓練和機組人員換裝中心的薩瓦斯萊卡（Savastleika）基地（當時是第3958空軍基地）。當年晚些時候，薩瓦斯萊卡基地的教導中隊又接收了另外兩架米格-31BM。
在大修中接受BM升級的米格-31
第一個換裝米格-31BM的一線部隊是第458截擊機團的一個中隊，該團駐紮在莫斯科已被的特拉斯-薩瓦蒂亞（Kotlas-Savatya）空軍基地，共接收了9架新型「獵狐犬」。該團在2009年12月因結構改革而解散後，其米格-31BM被移交給了一個新成立的截擊機中隊，該中隊駐紮在蒙切戈爾斯克（Monchegorsk）的第6964空軍基地，位於俄羅斯西北地區，靠近科拉半島的俄羅斯北方艦隊基地。
2011年8月和2014年11月俄國防部又分別籤訂了60架和53架「獵狐犬」升級合同。當2019年2月，已有多達130架米格-31B/BS/DZ甚至是少量的早期型「獵狐犬」被升級到BM標準，不過到目前其中4架已因事故而損失。2019年，俄羅斯軍方通過籤訂新合同來擴大米格-31BM的升級數量，這項工程將由「獵鷹」廠實施，涉及40至50架米格-31，預計2023年完成。
截至2019年2月，俄空天軍和俄海航共操作著130-140架米格-31，大部分是經過升級的米格-31BM，裝備不少於十個一線中隊和一個作戰換裝中隊。
冬日冰雪下的米格-31BM
自相殘殺
當地時間2017年4月26日上午，俄空天軍一架米格-31BM截擊機墜毀在西伯利亞布裡亞特共和國捷連巴靶場，機上兩名飛行員成功彈射逃生。一般來說在完成事故調查後，俄羅斯國防部都會公布具體原因，可是距離這起墜機已經過去兩年時間，俄軍方仍遲遲不肯發布相關報告，似乎在隱瞞著什麼，給這起事故蒙上了一層神秘色彩。
俄羅斯獨立在線調查新聞媒體Baza在2019年4月23日披露，一份洩露的俄羅斯政府文件顯示，兩年前米格-31在西伯利亞墜機其實是在實彈訓練中被另一架米格-31發射的R-33錯誤擊中所致。
米格-31BM的R-33實彈射擊訓練
文件顯示兩架米格-31參加了2017年4月26日上午進行的實彈射擊訓練，但米格-31長機沒有正確遵循安全程序，錯誤飛入僚機的飛彈發射路徑，隨後長機指揮僚機在錯誤時間打開其火控系統，結果僚機後座武器官在沒有確認的情況下就把雷達顯示器上的光點認為是無人靶機，隨後發射一枚R-33空空飛彈準確擊落了長機。
除了長機自身失誤之外，調查人員還發現僚機上由「屏障」-AM雷達和Baget-55-06火控計算機組成的S-800AM武器控制系統也出了問題，在鎖定長機時敵我識別系統並沒有向機組人員發出警報，反而是把該機識別為敵機。不僅如此，調查人員還發現這個截擊機航空團內部機組都知道S-800AM存在這種異常現象，但維護人員一直無法確定問題根源，所以根本沒有向上級報告。
據俄航空專家分析，米格-31BM敵我識別裝置的罷工可能是因其Baget-55-06火控計算機運算能力不足造成的。雖然米格-31BM在升級中使用Baget-55-06計算機取代了米格-31上的老式「氬」-15A，但對於「屏障」-AM無源相控陣雷達來說新計算機的運算能力還是不足。
全副武裝的米格-31BM
「屏障」-AM相對於米格-31的「屏障」雷達來說在相控陣天線上沒有變化，但通過升級處理單元使雷達最大探測距離提高了兩倍達240公裡，並實現了追24打6，但由此產生的龐大數據量也會讓Baget-55-06計算機過載。消息人士告訴Baza，俄空天軍武器系統官在飛米格-31BM時經常會採用一些非正常的雷達操作模式來降低火控計算機的工作量，如以某種手動脈衝模式反覆開關雷達。所以Baza懷疑在這起誤擊事故中，正是由於Baget-55計算機處理速度嚴重不足才未能正確處理敵我識別裝置傳來的信息，最終導致這起悲劇。
除了嚴重影響雷達性能之外，Baza還爆料Baget-55-06計算機無法兼容米格-31BM的8TP紅外搜索和跟蹤（IRST）系統，根本無法進行自動紅外搜索和跟蹤，讓人不禁嚴重懷疑米格-31BM這種俄軍主力截擊機的實際作戰性能。
不按常理出牌
2018年俄羅斯國防部透露，俄羅斯空天軍已經建立了一支擁有10架米格-31K打擊戰鬥機的特殊中隊，能發射新型Kh-47M2「匕首」空地高超音速飛彈對目標實施遠程打擊。
米格-31K雙機
俄總統普京在2018年3月1日的國情諮文演講中宣稱，這種新武器已經在南部軍區開始實驗性戰備值班。重4000千克的空射「匕首」飛彈以伊斯坎德爾戰術彈道飛彈為基礎研製，可掛載於米格-31的機腹。該彈採用固體燃料火箭發動機，飛行速度6-10馬赫，並能實施機動以突破反導系統的攔截，可選裝常規或核戰鬥部。
Kh-47M2與伊斯坎德爾的對比
俄國防部長謝爾蓋·肖古（Sergey Shoigu）於2018年5月3日透露，米格-31K由現有的米格-31DZ改裝而來，專門執行戰略打擊任務，缺乏空對空能力。兩天後，俄國防部副部長尤裡·鮑裡索夫（Yury Borisov）告訴新聞界，俄空天軍已經組建了一個裝備10架米格-31K的中隊，開始嘗試執行戰備值班任務，該中隊駐紮在阿赫圖賓斯克第929國家試飛中心。
米格-31K的機腹仍保留了R-33掛架
反衛星
2018年9月，茹科夫斯基航空城上空出現了一架機腹掛載有奇怪大型飛彈的米格-31。該機舷號「藍色81」，其機腹掛載了一枚大型黑色飛彈，尺寸相當於Kh-47M2「匕首」，但兩者的外形明顯不同。
這種新型飛彈被許多專家研判為俄羅斯研製的一種新型反衛星飛彈，可能預示著俄羅斯已經重啟蘇聯時代的米格-31反衛星截擊機項目。據報導，這架經過改裝的米格-31的項目代號可能是「產品08」，自2018年2月以來就一直在茹科夫斯基進行新型飛彈的外掛試飛。
掛載不明飛彈的「藍色81」號
米格-31反衛星項目最早可以追溯到上世紀80年代由「金剛石」中央設計局牽頭研製的30P6「接觸」反衛星系統。該系統由米格-31D「產品07」反衛星截擊機和火炬機械製造設計局研製的79M6反衛星飛彈組成，其研製目的是擊落美國軍用衛星，與美國星球大戰計劃抗衡。
米格-31D反衛星截擊機在執行任務時，將從部署在哈薩克斯坦薩雷沙甘靶場的45ZH6「樹冠」地面雷達站和光學探測系統接收目標衛星的信息，該系統同樣由「金剛石」設計局研製。79M6反衛星飛彈長10米，能摧毀軌道高度120公裡的衛星。
79M6反衛星飛彈
1987年1月，米格-31D原型機掛載79M6反衛星飛彈首飛成功。但由於蘇聯解體時的動蕩，1991年米格-31D及其發展型米格-31DM（掛載改進後的95M6飛彈）的研製工作被終止，兩架米格-31D原型機（舷號「藍色71」和「藍色72」號）此後一直被遺棄在薩雷沙甘靶場。
米格-31D原型機
2009年8月11日，時任俄羅斯空軍司令亞歷山大·澤林首次透露俄羅斯將重啟米格-31反衛星截擊機的研製：「蘇聯曾研製了一種用於執行太空防禦任務的米格-31改型，俄羅斯將重啟類似系統的研製用於解決相同問題」。2009-2010年間，還出現了關於薩雷沙甘靶場「樹冠」系統現代化的報導。
米格-31「藍色81」應該是「產品08」的首架原型機，該機自2016年以來就出現在茹科夫斯基，但直到現在才開始掛載反衛星飛彈進行測試。這種新型反衛星飛彈的外形類似2005年俄羅斯和哈薩克斯坦提出的「伊什姆」空射運載火箭，後者除尾部的4片可摺疊柵格尾翼外沒有其他任何彈翼。
「伊什姆」空射運載火箭
根據哈薩克斯坦當年公布的數據，「伊什姆」發射重量10300千克，發射高度25000至30000米，由固體燃料發動機推進，能把160千克重的衛星送到300千米高軌道。該項目後來因資金不足而被取消，由於「伊什姆」運載火箭和反衛星飛彈在技術上的共同性，所以俄羅斯利用當年為「伊什姆」研製的技術發展全新反衛星飛彈也是合理且可能的。
不明飛彈與「匕首」的尺寸對比