说起米格-31来最威风的是武器系统。在前机身右侧下部整流置内，装有1门23毫米GSH-23-6六管机炮，备弹230发，左图为其炮舱。全机有8个外挂架，机身下4个，可挂4枚Р-33(英文代号R-33)远距半主动雷达制导空空导弹;两侧机翼下各有两个外侧挂架，可以挂2枚R-40T中距红外导弹，四枚R-60红外空空导弹成对挂在翼下两个外侧挂架上。
Р-33是前苏联/俄罗斯自行研制并装备国土防空截击机的第三种远距雷达型空空导弹，属于第三代远距空空导弹。该弹由位于莫斯科的“三角旗”(Вымпел)机械制造设计局，于1972年开始研制，1982年 进入苏联前线战术空军部队服役。该导弹的系统代号和编号分别为К-100(K-100)，空军使用代号为Р-33(R-33)。西方和北约集团按照自行确定的对苏联武器装备的命名规则，给予该系列空空导弹的编号和命名为AA-9“阿摩司”(Amos)。该弹在设计思想上与美国海军舰载战斗机F-14装备的AIM-54“不死鸟”空空导弹相似，与机载火控雷达相配合，实施远距拦射攻击。据西方早期报道，该弹采用主动雷达末制导，但在1991年巴黎航展上展出的型号是采用半主动雷达末制导，因而比采用主动雷达末制导的型号要便宜得多。
该弹的外形结构与美国的“不死鸟”运距空空导弹相似，而与前苏联/俄罗斯的所有近/中距空空导弹有很大不同。它有4片切梢三角形弹翼和4片矩形尾翼。内部结构分为5个舱段：雷达天线罩、制导和引信、战斗部、发动机、控制舵机。制导方式包括惯导和指令修正中制导加半主动雷达末制导，与其配用的机载制导雷达为“拦阻网”(Заслон)L波段脉冲多普勒电子扫描雷达，搜索距离360km，可同时跟踪10个、攻击4个目标，既可攻击飞行高度26000～28000m的高空侦察机，也可攻击飞行高度25～50m的低空入侵的攻击飞机和巡航导弹。导弹采用主动雷达引信，其条状天线分布在弹体外测。
