Преодолеть недостатки Р-23 и достигнуть требуемого уровня удалось, создав УР средней дальности Р-24Р и Р-24Т (изделие 140/160), относящихся уже к третьему поколению авиационных ракет. Они оснащались всеракурсной ГСН, обеспечивавшей захват целей на фоне земли (включая и малоразмерные, типа крылатых ракет) и новым автопилотом. Двигатель Р-24 имеет увеличенное время работы и обеспечивает большую дальность. Увеличение дальности, развивая принятую схему захвата цели на траектории после пуска было достигнуто двухэтапным наведением -вначале инерциальное от автопилота, выводящего ракету на «математическую» цель, положение которой и параметры движения вводятся в вычислитель с носителя перед пуском, а при выходе на рубеж захвата управление берет на себя ГСН.
Тепловая головка Р-24Т, как и прежде, захватывала цель на подвеске. Р-24Р имела моноимпульсную ГСН типа РГС-24, а также бортовой блок подстройки под частоты РЛС носителя, что позволило сократить время подготовки к полету (Р-23Р для этого требовала специальной аппаратуры из комплекта СНО). Ракеты более эффективно поражали маневрирующие и низковысотные цели, обладали высокой помехозащищенностью и позволяли избирательно поражать объекты в плотном строю. Помимо ГСН, Р-24 получили новый двигатель ПРД-287, крыло измененной конфигурации, БЧ оснастили радиовзрывателем «Скворец». Изменениям подверглась и общая компоновка ракет: газогенераторы из центрального отсека перенесли в хвост, к рулям, а турбогенераторы системы электропитания - вперед за БЧ, к потребителям - автопилоту и ГСН. Впоследствии для борьбы с помехозащищенными целями ГСН модернизировали, присвоив ракете наименование Р-24РМ. Ракетами Р-24 вооружались истребители МиГ-23МЛ/П, причем обеспечивалась возможность применения одновременно ракет с РГСН и ТГСН (прежде для смены боекомплекта требовалась и замена блоков прицела на самолете). Для учебных целей предназначались варианты Т-140Р ит-160Р
Р-33
Перехватчики ПВО МиГ-31 получили на вооружение УР большой дальности Р-33. Мощная РЛС «Заслон» истребителя, одновременно сопровождающая до 10 целей, автоматически выбирает из них наиболее опасные и может наводить в одной атаке сразу четыре Р-33, разработанные МКБ «Вымпел». В барражирующем полете истребителя ракеты находятся в полуутопленном положении под фюзеляжем для снижения сопротивления и увеличения продолжительности патрулирования. Запуск ракет производится при помощи катапультных установок АКУ-33, выводящих их на достаточное расстояние от самолета. Такое расположение Р-33 под фюзеляжем привело к особенностям ее схемы - невозможность установки развитого крыла заставила выполнить его в виде вытянутых гребней, а выступающая за их пределы верхняя пара рулей складывается при нахождении ракеты на подвеске. В то же время размещение ракет под фюзеляжем последовательно в два эшелона потребовало ограничить их длину, сделав корпус компактным и плотно скомпонованным. Диаметр корпуса при этом увеличился до 380 мм, что диктовалось и потребностью размещения габаритной антенны РГСН. В конструкции Р-33 широко использован титан и сталь, а защита отеков от кинетического нагрева в полете обеспечена теплоизолирующим покрытием - герметиком и теплозащитными матами, без какой-либо системы принудительного охлаждения как это делалось на Р-40). Двигатель ракеты - двухрежимный, обеспечивающий стартовый разгон и маршевую скорость, расположен вблизи центра тяжести ракеты. Энергоблок в хвостовой части включает газогенераторы рулевых машин и турбогенератор электроснабжения. На вооружение ракеты приняли в составе комплекса МиГ-31-33 в мае 1981 года.