Полномасштабное серийное производство самолета Ту-128 и всего комплекса Ту-128С-4 развернулось в 1966 г., когда завод выпустил 42 машины, из них 37 были сданы заказчику. Всего с 1961 по 1970 г. завод построил 187 перехватчиков (плюс один опытный экземпляр, сделанный на заводе № 156) и в 1971 г. — 10 серийных учебно-тренировочных машин Ту-128УТ.