Еще в 1969 году, когда шли заводские испытания первых Ту-142, ОКБ подготовило проект нового самолета Ту142М с поисково-прицельной системой "Коршун", в которую помимо обзорного радиолокатора должны были входить тепловизионная аппаратура "Пингвин", буксируемый магнитометр "Висла-2", инфракрасный пеленгатор, газоанализатор и модернизированная пилотажнонавигационная система ПНС-142М, обеспечивающая режим автоматического полета при поиске подводных лодок. За базовый был выбран вариант самолета с удлиненной на 2 метра кабиной и со старым двенадцатиколесным шасси. В тот период новую аппаратуру комплекса довести до необходимой степени готовности не удалось и поэтому в серийном производстве продолжали выпускать Ту-142 с "Беркутом".

К 1974 году работы по новому комплексу продвинулись вперед, и он под обозначением "Коршун-К", но с несколько другим составом входящих подсистем начал устанавливаться на Ту142. В Таганроге были построены первые две серийные машины № 4243 и № 4244, оборудованные новым комплексом. Через год, в 1975 году, была выпущена третья машина с "Коршуном" (№ 4264). Самолет № 4243 стал первым, построенным на Таганрогском заводе, и совершил первый полет 4 ноября 1975 года. На первых трех машинах новый комплекс был отработан и испытан. Испытания продолжались до 1980 года, и в ноябре 1980 года новый комплекс был принят на вооружение. Внешне Ту142 с "Коршуном" отличался от предыдущих Ту-142 ("ВПМ") наличием на киле магнитометра "Ладога", новых типов РГБ. На самолете стоял модернизированный НПК-142М, обеспечивавший автоматическое пилотирование в режиме полетов галсами, а также новый, более эффективный комплекс РЭП. Ту-142 с комплексом "Коршун-К" получил обозначение в промышленности Ту-142МК ("ВПМК"), в дальнейшем новая модификация в частях авиации ВМФ эксплуатировалась под обозначением Ту-142М. В 1986 году восемь самолетов модификации Ту-142М с комплексом. "Коршун-К" под обозначением Ту-142М-Э были поставлены в Индию, где с успехом эксплуатируются до настоящего времени. От исходного самолета эти машины отличались только некоторыми изменениями в составе оборудования.

В целях повышения эффективности комплекса Ту-142М с "Коршун -К" по поиску и обнаружению малошумных атомных подводных лодок в середине 80-х годов ОКБ провело дальнейшую модернизацию комплекса. На Ту-142М была внедрена новейшая гидроакустическая система "Заречье". Помимо модернизации элементов поисково-противолодочной системы, на Ту-142М-3 провели работы по дальнейшему повышению эффективности средств РЭП, а также изменили состав самолетного оборудования. Силовая установка была переведена на новую модификацию двигателей НК-12МП, кормовая пушечная установка — на спарку ГШ-23, взятой в комплекте с прицельной станцией с Ту22М2 (последние серии Ту-142М выпускались также с НК-12МП и ГШ-23). Новый комплекс получил обозначение Ту-142М-3. Первый модернизированный самолет под новый комплекс начал проходить летно-конструкторские испытания в 1985 году, на государственные испытания комплекс вышел в конце 1987 года. В ходе этих испытаний самолет работал по современным атомным подводным лодкам Северного и Тихоокеанского флотов и показал значительно возросшую эффективность их обнаружения. Вскоре серийный завод в Таганроге перешел на выпуск нового комплекса. Ту-142М-3 начали поступать в части авиации ВМФ. На вооружение модернизированный комплекс был официально принят в 1993 году. Самолет Ту-142М-3 стал последним в ряду противолодочных систем, созданных на базе Ту-142. Последняя машина Ту-142М-3 покинула сборочный цех ТАНК в 1994 году, поставив точку в производстве семейства самолетов Ту-95 и Ту-142. Всего в Куйбышеве и Таганроге построили более сотни самолетов типа Ту-142.

Помимо перечисленных модификаций, самолет Ту-142 имел еще несколько опытных и мелкосерийных вариантов. На одном из Ту-142 проходила испытания новая система противолодочного вооружения "Атлантида". Этот вариант самолета получил обозначение Ту142МП. Часть серийных самолетов Ту142М по проекту ОКБ Константинова и силами ТАНК была переоборудована и поставлена в авиацию ВМФ в варианте самолета-ретранслятора для связи с подводными лодками, находящимися в подводном положении (комплекс Ту142М Р). В конце 80-х начале 90-х годов на базе элементов Ту-142М и Ту95МС, по конструкторской документации АНТК им. А.Н. Туполева был разработан и построен в опытном экземпляре самолет разведки и целеуказания Ту-142МРЦ, предназначавшийся для замены в строю Ту- 95РЦ. В настоящее время, в связи с изменением концепции по комплексу работы по этой теме в ОКБ прекращены, единственный построенный самолет утилизирован. Существовали и другие варианты и предложения по модернизации комплекса, в частности имелись предложения по вооружению комплекса противокорабельным ударным ракетным вооружением, в рамках конверсии проводились работы по переооборудованию парка Ту142М в транспортный самолет для перевозки топлива и других грузов. В летающие лаборатории для испытаний мощных ТРД были переоборудованы первая опытная машина Ту- 142 № 4200 и Ту-142М № 4243, на которых был проведен большой комплекс работ по испытаниям и доводкам двигателей НК- 25, НК-32, НК-144 и РД-36-51А, самолетов Ту-22МЗ, Ту-160, Ту-144 и Ту144Д.

Непосредственно всеми работами по семейству самолетов на Ту-142 в ОКБ последовательно руководили Главные конструктора Н.И.Базенков, Н.В.Кирсанов. В настоящее время работы по данной тематике возглавляет Главный конструктор Д.А.Антонов.

В настоящее время самолеты Ту-142 последних модификаций продолжают нести службу в составе Северного и Тихоокенских флотов, а также в составе ВВС Индии.