Les flottilles équipées de l'appareil furent toujours en alerte au cas où la guerre froide prendrait un nouveau tournant et qu'il faudrait bombarder le bloc de l'Ouest. À part cela, il a beaucoup servi dans le transport de bombes et de missiles à travers l'URSS. Enfin, le Tu-142 fut un patrouilleur maritime pour surveiller les côtes soviétiques pour la marine soviétique.
Seules l'Inde, l'Ukraine et bien entendu la Russie possèdent des exemplaires de cet appareil. En juillet 2006, seuls 64 exemplaires étaient en service chez cette dernière.