Une version améliorée du Tu-128 fut par la suite mise au point puis produite en série par Tupolev : le Tu-28. Cet intercepteur tout temps opérait sans l'aide des radars au sol et mettait en œuvre les nouveaux missiles air-air AA-5. Un peu moins de 200 exemplaires furent construit et intégrés à la VVS dès 1968. En 1975, Tupolev lança une étude sur une version propulsée par deux turbo-réacteur à postcombustion.
À la chute de l'URSS 120 Tu-28P étaient encore en service dans les forces aériennes russe et furent peu à peu remplacé par le MiG-31.
Il reste aujourd'hui (2009) l'avion de chasse le plus grand jamais produit.