Не дожидаясь появления доработанной машины, решили поскорее завершить заводские испытания дублера с последующей передачей его в ГК НИИ ВВС. В декабре машину передали в Чкаловскую.
А14 января 1966 года, выполняя очередной испытательный полет, Ту-134 потерпел катастрофу, унеся жизни восьми человек во главе с командиром корабля летчиком-испытателем С. В. Евсеевым.
После серии катастроф с Ту-104 все пассажирские самолеты стали испытываться на больших углах атаки, вплоть до сваливания. Не миновала эта участь и Ту-134. С этой целью вторую серийную машину оборудовали хвостовым фюзеляжным противоштопорным парашютом и горизонтальным оперением увеличенной площади. Испытания проводились с октября 1966-го по февраль 1967-го.
С марта по июль 1967-го проходил второй этап совместных государственных испытаний самолета с участием НИИ ГВФ. В этом же году с апреля по август проводились эксплуатационные испытания Ту-134 первых серий со взлетной массой до 45 тонн, рассчитанных на 72 пассажира. В сентябре 1967-го первый Ту-134 совершил пассажирский рейс на трассе Москва — Адлер.
Впервые в практике отечественного самолетостроения конструкция Ту-134 и его летные данные прошли международный контроль, а сама машина получила международный сертификат летной годности. Польская государственная инспекция выдала 9 ноября 1969 года сертификат на соответствие Ту-134 британским нормам летной годности (BCAR). Ту-134 всех модификаций имели сертификаты на соответствие международным нормам (ICAO) по шуму на местности, что позволяло использовать их на международных линиях.
На создание Ту-134 затратили десять лет и три месяца, в том числе три года на проектирование и постройку прототипа. На доводку и испытания ушло четыре года и три месяца. Со временем Ту-134 в «Аэрофлоте» взял на себя львиную долю перевозок на ближнемагистральных трассах. По уровню шума и вибраций в пассажирском салоне самолеты были самыми комфортабельными в «Аэрофлоте». Топливную эффективность удалось поднять в последних модификациях с 55 до 34–39 г/кресло*км, а количество пассажиров — до 80–90. До начала 1990-х парк Ту-134 только в СССР перевез около пятисот миллионов пассажиров и сегодня продолжает работать на линиях стран СНГ и в ВВС.
За создание семейства самолетов Ту-134 в 1972-м руководство ОКБ имени А. Н. Туполева, смежных предприятий и ГВФ удостоились Государственной премии.
К началу XXI века самолет перевез более шестисот миллионов пассажиров. В 2009 году в России эксплуатировалось около ста самолетов этого типа.
Всего было построено 852 самолета Ту-134, 69 самолетов были потеряны в двадцати странах мира, из них 40 погибли в катастрофах.
Знания и опыт, приобретенные в послевоенный период при разработке, испытаниях, доводке и эксплуатации первых реактивных пассажирских самолетов, позволили коллективу ОКБ А. Н. Туполева в начале 1960-х годов приступить к работам над среднемагистральным пассажирским самолетом следующего поколения. Первые пассажирские самолеты с газотурбинными двигателями Ту-104 и Ту-114 родились на базе боевых самолетов Ту-16 и Ту-95, Ту-124. Ту-134 по многим основным техническим решениям был все-таки удачным развитием идей, заложенных в туполевском реактивном пассажирском первенце. В отличие от них программа создания нового среднемагистрального пассажирского самолета, получившего обозначение Ту-154, стала для коллектива ОКБ первым пассажирским самолетом, не имевшим даже в «праотцах» военного прототипа. Самолет Ту-154 с самого начала разрабатывался по канонам проектирования пассажирской машины с предварительным изучением предполагаемых потребностей на подобный самолет со стороны гражданского воздушного флота на ближайшие 15–20 лет, то есть до начала 1980-х годов. Изначально в проекте самолета предполагалось внедрить большое количество технических новаций, позволявших построить самолет, существенно превосходящий по многим параметрам сразу несколько типов отечественных пассажирских самолетов и поэтому способный заменить их в эксплуатации. Одновременно ставилась задача создать лайнер, не уступающий по своим параметрам проектирующемуся в США самолету того же класса «Боинг-727».
В начале 1960-х годов на воздушных линиях «Аэрофлота» средней протяженности от 1500 до 3500 километров прочно обосновались самолеты Ту-104, Ил-18 и Ан-10. Из них Ту-104 и его модификации обладали самой большой крейсерской скоростью и обеспечивали наилучший комфорт. У Ан-10 были наилучшие взлетно-посадочные характеристики, у Ил-18 — наибольшие дальности полета и экономические показатели. Отечественный гражданский воздушный флот имел в своем распоряжении три разных пассажирских самолета одного класса, что порой приводило к сложностям в эксплуатации самолетов, конструктивно отличавшихся друг от друга.
Поэтому именно в этот период на повестку дня встал вопрос о замене трех разнотипных самолетов, эксплуатировавшихся практически на одних и тех же авиалиниях, одним. При этом выдвигалось условие: новая машина должна была вобрать в себя лучшие качества своих предшественников, с учетом некоторых новых нормативных требований к пассажирским самолетам, которые как раз начали вводить в период создания Ту-154, в частности, более жесткие требования к взлетно-посадочным характеристикам. Мыслилось, что новый самолет будет создаваться с учетом последних достижений отечественного и мирового самолетостроения. Предварительные работы по самолету заняли около двух лет, и в ходе аванпроектов и эскизного проектирования самолет претерпел ряд изменений, сохраняя основные идеи, заложенные в первоначальный проект.
Работы в ОКБ по поиску наиболее оптимального облика будущего самолета возглавил начальник отдела технических проектов С. М. Егер. Первые работы по самолету Ту-154 начались еще в 1963 году и первоначально явились логическим развитием самолета Ту-104, но с новой хвостовой частью под три двигателя типа НК-8, с сохранением остальной части фюзеляжа и крыла Ту-104Б (проект Ту-104Д). Проект Ту-104Д на начальном этапе поисков наиболее рациональной компоновки использовался как исходный. В 1964 году был подготовлен проект самолета, уже имевший обозначение Ту-154. По компоновке самолет был аналогичен Ту-104Д, но имел диаметр фюзеляжа 3,8 метра и был рассчитан на 109 пассажирских мест в варианте компоновки пассажирской кабины первого класса и на 141 место в экономическом варианте. Носовая часть фюзеляжа по типу Ту-104 с остеклением штурманской кабины и с РЛС типа РОЗ-1. С целью обеспечения нормальной работы центрального двигателя входная часть его воздухозаборника была выполнена под небольшим положительным углом к вертикальной оси. Параллельно рассматривался вариант самолета Ту-154 с несколько измененными формой киля и расположением стабилизатора и центрального воздухозаборника, напоминавшими «Боинг-727»: носовая часть без штурманской кабины с носовым обтекателем РЛС.
