Истребитель-перехватчик МиГ-31М, взлетевший 21 декабря 1985 г., получил на вооружение УР большой дальности Р-37 (дальность пуска - 280 км), конформно подвешиваемых под фюзеляжем по три в 2 ряда. Ракета, разработанная МКБ Вымпел, имела не только намного лучшие характеристики, чем Р-33, но и принципиально иную систему наведения. Для увеличения маневренности она была сделана динамически неустойчивой, на последней ступени траектории использовалась активная радиолокационная система.

Новые ракеты комплектуются комбинированной полуактивно-активной радиолокационной головкой самонаведения 9Б-1388 диаметром 380 мм, разработанной НИИ Агат. На маршевом участке траектории наведение ракет обеспечивается посредством инерциального управления с радиокоррекцией (ее дальность - до 100 км). На конечном участке полета УР имеет полуактивное или активное радиолокационное самонаведение.

В апреле 1994 были успешно проведены первые в мире испытания по поражению воздушной цели на дальности свыше 300 км. Для сравнения, наиболее дальнобойная американская ракета класса воздух-воздух AIM-54C Феникс имеет дальность не более 160 км.

Благодаря большой дальности и скорости Р-37, ее возможными целями= могут стать самолеты ДРЛО и гиперзвуковые ЛА. Помимо МиГ-31М, ракеты Р-37 поступят на вооружения новой модификации МиГ-31 - МиГ-31БМ.