Na skutek prób wprowadzono w dalszych samolotach ujemny wznios skrzydeł 5°, powiększono usterzenie pionowe i zmniejszono płetwy podkadłubowe. Od grudnia 1965 do kwietnia 1970 roku prowadzono wspólne próby fabryczne i państwowe wersji myśliwskiej, podczas których po raz pierwszy zestrzeliła cel w 1969 roku. Od października 1966 roku prowadzono natomiast próby państwowe wersji rozpoznawczej. Zaawansowanie techniczne samolotu wymusiło długi cykl prób i budowę dalszych egzemplarzy. W latach 1966–1968 roku powstały dalsze cztery przedseryjne samoloty rozpoznawcze i dziewięć myśliwców w zakładzie seryjnym nr 21 w Gorkim. 30 października 1967 roku Je-155P-1 uległ katastrofie (pilot I. Lesnikow zginął); do 1973 roku zginęło jeszcze przynajmniej czterech pilotów. W 1969 roku, jeszcze przed ukończeniem programu prób, samolot w wersjach rozpoznawczej i myśliwskiej skierowano do produkcji seryjnej pod oznaczeniem MiG-25.
W latach 1966 i 1967 na wersji rekordowej Je-266 (Е-266) ustalono światowe rekordy prędkości i wysokości. Kolejna, ulepszona wersja rekordowa to Je-266M (Е-266M) z silnikami R-266 (Р-266) z ciągiem 140 kN każdy.