上世纪50年代，随着喷气式发动机逐步成熟，大型战略轰炸机具备更远的航程与更高的飞行速度，可以从许多意想不到的方向突然对目标实施打击。为了对付这类高速远程威胁，苏联的航空设计师开始研究专门的高速截击机。早期的雅克-28虽具备一定性能博星优配，但结构紧凑、有效作战半径仅有数百公里，远不足以覆盖广阔的国土。
在1958年，图-设计局正式启动了对截击机的系统研制，初期代号为图-28，后来改名为图-128。它被定位为重型远程截击机，迄今为止是正式服役过的体型最大的战机之一。相较之下，其他同代的截击机看起来更像是战术轰炸机，这与它的源流有关，因为它的不少设计直接承袭自之前的图-98轰炸机的理念与结构。
展开剩余70%与常规战斗机不同，图-128并非参与夺取制空权的主力机型，而是一类更为纯粹的截击机。它的作战目标通常是美军的B-52等大型轰炸机——体型笨重、通常缺乏强力自卫能力，若没有护航就像一只空中靶子。因此它不强调灵活机动，而是以高速与远距离侦察拦截为核心，尽早从大范围空域对轰炸机展开截击，力求在投弹前把它们拦截在安全区域之外。
这架战机的空重约为2.45万吨博星优配，最大起飞重量接近4.3万吨，机身长度约30.06米，翼展17.53米，机身全高7.15米。机组由一名飞行员和一名雷达操作员组成，实行双人化的工作分工。
动力系统采用两台并排布置的AL-7F-2加力涡轮喷气发动机，进气口位于机身两侧偏上方。单台发动机在加力开启时的最大推力为99.1千牛顿。该机在没有挂载武器时的最高飞行速度约为1.57马赫，而挂载武器后则降至约1.36马赫。为了保证所需的大航程，机内携带约15吨燃油，官方给出的最大航程为2565千米，利用战术半径大约在1000千米左右的有效作战半径。
它的武备系统也很具有针对性：没有机炮，也没有专门的预警雷达告警器，机翼下两侧共布置4个挂载点，最多能携带4枚空对空导弹。常规配置通常为两枚R-4R半主动雷达制导导弹和两枚R-4T红外制导导弹，R-4R的射程可达约25千米，R-4T约15千米。空军认为在战斗实施阶段应在合适距离同时发射一枚R-4R和一枚R-4T，以提高命中概率。前部机头装有RP-S Smerch I波段雷达，但无下视能力，最大探测距离约50千米。
图-128的原型机于1961年成功首飞，1964年正式投入服役，总产量大约200架左右，随后又发展出在低空拦截性能上有所改进的图-128M，以及把雷达系统取消并增加一个座位的图-128UT教练机。该机在服役期间并不引人注目的低调运行，但据称曾执行过对北约侦察气球的攻击任务。它的服役一直持续到1990年代初，但80年代起逐步被米格-25等新型机型所替代。
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