Уже в процессе разработки было решено не принимать ракету Р-8 на вооружение, а сразу продолжить работу над её модернизированной версией Р-8М "Изделие 24М" в составе комплекса перехвата Су-11-8М с радиолокатором РП-11 "Орёл", принятой на вооружение в феврале 1962 г. с двигателем ПРД-25 и имевшей дальность поражения от 2 до 12 км.
Уже в 1963 г. была разработана новая модификация ракеты Р-8М-1, совместимая с самолётами Як-28П, оснащённых радаром "Орёл-Д". Ракета выпускалась в двух модификациях Р-8МТ с инфракрасной тепловой ГСН типа С-1 и Р-8МР с полуактивной радиолокационной ГСН типа ПАРГ-1.
В 1965 г. была разработана ещё одна модернизированная версия Р-8М-2 "Изделие-56" увеличенной дальности с новой головкой самонаведения для истребителей-перехватчиков Су-15, получившая название Р-98. Сначала она выпускалась в модификации Р-98Т с ГСН типа ПГС-4Т, а с 1967 г. и в модификации Р-98Р с ГСН типа ПАРГ-14ВВ. Эти ракеты получили новый двигатель ПРД-143, который вдвое увеличил дальность поражения от 2 до 24 км.
В 1975 г. ракету снова модернизировали до версии Р-98М1 "Изделие-57" для самолётов Су-15TM и Як-28ПМ, оснастив её ГСН средствами защиты от радиоэлектронного противодействия противника.
Ракета также выпускалась в двух модификациях Р-98МТ с дальностью поражения от 2 до 16 км и Р-98МР с дальностью поражения от 2 до 21 км, став самой совершенной ракетой семейства Р-8 и простояла на вооружении вплоть до 1996 г., когда с вооружения был снят последний самолёт Су-15ТМ.
Также для отработки действий личного состава при регламентных работах на базах хранения ракетного вооружения, выпускалась учебная версия ракеты под названием УР-8М.
Здесь были открытые площадки хранения этих ракет, которые хранились в транспортных контейнерах без боевых частей.