Первые разведчики No. 940724 и 940735 переоборудовали из серийных МиГ-21ПФМ (тип 94) усилиями, как уже говорилось, серийного завода No. 21 и опытного завода No. 155. Разведывательная аппаратура устанавливалась в специальном подвесном контейнере в трех вариантах: для дневной, ночной и радиоразведки. В начале 1965 года самолет No. 940724, оборудованный контейнером для дневной фоторазведки, передали на государственные испытания. Контейнер, оснащенный аэрофотоаппаратом УАФА-47 и фотопатронами, предназначался для выполнения маршрутной фотосъемки. Видимо, один из этих самолетов я и видел в Липецке.

Окончательный облик МиГ-21Р приобрел позже, когда на нем установили накладной 340-литровый топливный бак. Полный запас топлива во внутренних баках достиг 2800 литров. Доработали и крыло, добавив четыре узла подвески; в таком варианте разведчик мог нести 490-л подвесные топливные баки. По левому борту в носовой части фюзеляжа установили датчик угла атаки, информация от которого поступала в автопилот АП-155 и на индикатор, расположенный на приборной доске летчика. Приемник воздушного давления, ранее установленный в плоскости симметрии самолета, сместили вправо, что улучшило обзор. По правому борту фюзеляжа перед кабиной установили резервный приемник воздушного давления. Бортовая аппаратура разведчика включала приемник предупреждения об электромагнитном облучении СПО-3; сохранилась РАС ЦД-30. Были и другие, более мелкие изменения.

Машина стала одной из первых среди разведчиков в советских ВВС, на которой наряду с оптическими применили электронные средства.

Под фюзеляжем МиГ-21Р на специальном обтекаемом держателе устанавливался контейнер со спецоборудованием. В контейнерах, устанавливаемых вместо ПТБ, размещалось оборудование в следующих вариантах:

• "Д" - для дневной фоторазведки - фотоаппараты для перспективной съемки 2 х АФА-39, фотоаппараты для плановой съемки 4 х АФА-39, щелевой фотоаппарат АФА-5;

• "Н" - для ночной фоторазведки - фотоаппарат УАФА-47, осветительные фотопатроны 188 шт.
• "Р" - для радиотехнической разведки - аппаратура "Ромб-4А" и "Ромб-4Б", фотоаппарат АФА-39 для контроля;
• станция активных помех "Сирень";
• аппаратура для забора проб воздуха;
• аппаратура ретрансляции аудиоинформации в УКВ диапазоне.

Проводились летные испытания контейнеров:

• с аппаратурой телевизионной разведки ТАРК и линией передачи информации на наземный пункт;
• с аппаратурой круглосуточной разведки "Шпиль" с подсветом местности ночью лазерным лучом и линией передачи информации;
• с аппаратурой инфракрасной разведки "Простор";
• с аэрофотоаппаратами, полученными из Египта, для съемки с особо малых высот (арабские пилоты освоили технику пилотирования на особо малых высотах - около 10 м, при которых отечественные фотоаппараты, рассчитанные на другие величины минимальной высоты, при плановой съемке не обеспечивали требуемого качества).

Вооружение разведчика состояло из двух ракет ближнего боя Р-3С или блоков УБ-16-57У (УБ-32) с неуправляемыми ракетами. Для уничтожения наземных целей подвешивались крупнокалиберные НУР типа С-24 или две бомбы. Подвесные баки обычно крепились на внешних пилонах. Внутренние пилоны для подвески вооружения часто снимались, что позволяло увеличивать продолжительность полета, а, следовательно, и объем информации, доставляемой разведчиком.

Опытный самолет облетали, видимо, в Горьком и в последний день 1964 года предъявили на государственные испытания. А в начале 1966 года сборочный цех горьковского авиазавода покинул головной серийный разведчик МиГ-21Р (No. 030101). Кроме разведывательного оборудования на нем предусматривалось размещение такого же вооружения, как и на истребителе, за исключением пушечной гондолы ГП-9.

В 1966-м завод в Горьком сдал заказчику 66 разведчиков и в том же году перешел на выпуск истребителя МиГ-21С, на который перекочевали крыло с четырьмя узлами подвески и накладной 340-литровый топливный бак.

МиГ-21Р постоянно модернизировались: в частности, на подвижных частях фонаря кабины пилота были установлены зеркала обзора задней полусферы Ц-27АМШ. Самолеты комплектовались разведывательными контейнерами, отличавшимися составом аэрофотоаппаратуры, а также контейнерами с аппаратурой РЭБ на концах крыла. Завод No. 21 в Горьком строил МиГ-21Р как для ВВС Советского Союза, так и на экспорт. Серийное производство продолжалось с 1965 по 1971 г. В НАТО самолет МиГ-21Р получил наименование Fishbed-H.

МиГ-21Р широко использовались в ходе войны в Афганистане. К январю 1980 года на аэродроме Баграм базировалась эскадрилья 87-го отдельного разведывательного авиаполка (орап), включавшая десять машин этого типа. Кроме них для разведки в Афганистане привлекались МиГ-21Р из 263-й отдельной авиационной эскадрильи тактической разведки (оаэтр), оснащенные контейнерами с ночным или дневным фотооборудованием, телевизионным комплексом ТАРК-2 и аппаратурой радиотехнической разведки. В 1980 году экипажи 263-й оаэтр выполнили 2708 боевых вылетов, позволивших выявить не только пути продвижения и районы дислокации моджахедов, но и вскрыть сеть РАС на территории Пакистана.