Một hiểu biết thật sự về sức mạnh và điểm yếu của MiG-25 bất ngờ đến với Phương Tây vào năm 1976. Ngày 6 tháng 9, một phi công PVO là Viktor Belenko, đã đào ngũ sang Phương Tây, chiếc MiG-25P "Foxbat-A" của Belenko đã hạ cánh tại sân bay Hakodate ở Nhật Bản. Mặc dù chiếc MiG-25P này cũng được trao trả lại phía Liên Xô, nhưng trước đó nó đã được tháo ra và nghiên cứu cẩn thận từng chi tiết để phân tích bởi Bộ phận công nghệ tại nước ngoài (giờ là Trung tâm tình báo không trung và không gian quốc gia) của Không quân Hoa Kỳ, tại căn cứ không quân Wright-Patterson gần Dayton, Ohio. Sau 67 ngày, chiếc máy bay đã được trở về Liên Xô dưới dạng linh kiện rời; và với những kết luận phân tích đáng ngạc nhiên:

• Máy bay của Belenko là loại máy bay đời mới, đại diện cho công nghệ Xô Viết mới nhất.
• Máy bay được lắp ráp rất nhanh, và thực chất được xây dựng xung quanh động cơ phản lực Tumansky của máy bay.

• Việc hàn được làm bằng tay và chế tạo một cách khá thô. Giống như nhiều máy bay Xô Viết, những đầu đinh tán được để lộ tại những bề mặt không ảnh hưởng đến lực cản khí động lực của máy bay.
• Máy bay được chế tạo từ hợp kim thép niken và không phải là titan như người ta vẫn nhầm lúc đầu (tuy nhiên titan đã được sử dụng trong những bề mặt chịu nhiệt cao). Cấu trúc thép thiết kế đã góp phần tạo ra trọng lượng không có vũ khí lên tới 64.000 lb (29 tấn).
• Phần lớn thiết bị điện tử trên máy bay được chế tạo dựa trên công nghệ đèn chân không, chiếc MiG-25 đã không sử dụng thiết bị điện tử bán dẫn. Có vẻ khá lỗi thời, nhưng cách sử dụng đèn chân không rất khéo léo bởi vì những ống chân không ít bị ảnh hưởng bởi xung điện từ (EMP) sinh ra khi có vụ nổ hạt nhân và chịu nhiệt tốt hơn, do đó loại bỏ những nhu cầu về môi trường điều khiển phức tạp bên trong khoang điện tử của máy bay. Ngoài ra, những đèn chân không dễ dàng để thay thế tại những sân bay quân sự xa xôi ở phía Bắc, nơi mà những bóng bán dẫn tinh vi không luôn có sẵn để thay thế. Như mọi máy bay Xô Viết, MiG-25 được thiết kế để chống chịu tốt với khí hậu khắc nghiệt, càng dễ bảo trì càng tốt.
• Nhờ việc sử dụng đèn chân không, chiếc MiG-25P có một rada rất mạnh loại Smerch-A (Tornado, tên ký hiệu của NATO "Foxfire") — công suất khoảng 600 kW — với rada này thì gần như mọi biện pháp phòng thủ điện tử của quân địch (EMC) đều trở nên vô dụng.
• Trên đồng hồ đo vận tốc chỉ tối đa là Mach 2.8 và những phi công được yêu cầu không được vượt quá vận tốc Mach 2.5 để nâng cao tuổi thọ sử dụng của những động cơ. Vào năm 1973, người ta đã được chứng kiến một chiếc MIG-25 của Ai Cập bay qua Israel với vận tốc Mach 3.2, điều này đã gây sốc mạnh đối với Phương Tây. Và kết quả của chuyến bay là động cơ đã phải thay thế khi máy bay hạ cánh.[7]
• Gia tốc cực đại mà máy bay chịu được là 2,2 G (21,6 m/s²) với những thùng nhiên liệu đầy, nó chịu được giá trị giới hạn tuyệt đối là 4,5 G (44,1 m/s²). Một chiếc MiG-25 chịu được một gia tốc là 11,5 G (112,8 m/s²) kéo dài trong suốt thời gian huấn luyện hỗn chiến bay thấp, nhưng khung máy bay lại hầu như không biến dạng.
• Bán kính chiến đấu là 186 dặm (300 km), phạm vi cực đại với đầy đủ nhiên liệu bên trong (với tốc độ dưới tốc độ am thanh) là 744 dặm (1.200 km). Thật ra, Belenko khi đào thoát sang Nhật Bản đã không mang đủ nhiên liệu cần thiết, Belenko đã hạ cánh trên một đường băng thương mại chật hẹp, và đáp vượt quá cuối đường băng.
• Đa số MiG-25 được sử dụng loại ghế phóng khẩn cấp KM-1, tuy nhiên đó là phiên bản cuối cùng, những kỹ sư đã sử dụng một phiên bản của loại ghế nổi tiếng K-36. Một biên bản ghi lại một cuộc thử nghiệm tốc độ ghế phóng loại KM-1 trên MiG-25 đã đo được tốc độ là Mach 2,76.

Kết quả kiểm tra làm người Mỹ cảm thấy những gì họ dự đoán trước đó quá cường điệu. Tính năng bẻ góc, quần vòng ở độ cao thấp của MiG-25 không xuất sắc như tình báo Mỹ đã dự đoán, khả năng không chiến tầm gần của nó không hơn loại F-4 Phantom. MiG-25 chỉ thực sự thích hợp với nhiệm vụ không chiến đánh chặn tầm xa: nó sẽ dùng radar mạnh để phát hiện mục tiêu từ xa rồi dùng tên lửa tầm xa bắn hạ máy bay đối thủ (thường là máy bay ném bom), sau đó MiG-25 sẽ rút lui, dùng tốc độ cao để thoát khỏi sự đánh trả của đối phương[8]

Ngày 12/11, tức là khoảng 2 tháng sau khi sự việc diễn ra, Mỹ – Nhật đã đáp ứng "rất vô tư" các yêu cầu của Liên Xô đòi đưa chiếc máy bay MiG-25 đó về nước. Ngày 15/11, 8 xe tải chở các bộ phận linh kiện của MiG-25 đã được đưa lên tàu chở về Liên Xô.

Cùng với sự đào tẩu của Belenko là những bí mật về hệ thống radar và tên lửa của MiG-25P đã bị Phương Tây khám phá, ngay lập tức trong năm 1978, các nhà thiết kế Xô Viết đã phát triển một phiên bản cải tiến mới, MiG-25PD ("Foxbat-E"), với một radar RP-25 Saphir look-down/shoot-down mới, hệ thống dò tìm và theo dõi bằng tia hồng ngoại (IRST), và những động cơ mạnh hơn. Khoảng 370 chiếc MiG-25P đã được nâng cấp theo tiêu chuẩn mới và có tên gọi là MiG-25PDS.

Có khoảng 1.190 chiếc MiG-25 đã được sản xuất cho đến khi việc chế tạo dừng lại vào năm 1984, nhường chỗ cho loại máy bay tiên tiến hơn là MiG-31.

Một số chiếc MiG-25 (phiên bản cắt giảm tính năng) đã được xuất khẩu sang Algérie, Bulgaria (3 MiG-25R và 1 MiG-25RU trước năm 1992), Ấn Độ (trước năm 2006), Iraq, Libya, và Syria. Một vài chiếc vẫn còn hoạt động cho đến nay.