Доработанные самолеты с увеличенной дальностью в армии получили обозначение Ил-76МД. Первый полет самолета, построенного в Ташкенте, состоялся 6 марта 1981 года. Серийный выпуск этой машины начался со следующего года.
Самолеты Ил-76МД могут десантировать на парашютах до 126 полностью экипированных бойцов в четыре потока через боковые двери и грузовой люк. Кроме этого, возможно парашютное десантирование до трех боевых машин БМД-3 весом по 13,2 тонны с общей десантной нагрузкой 49,8 тонны, боевой техники на двух платформах по 21 тонны или на четырех – по 7 тонн и прочее.
Беспарашютным способом с высоты 3–5 м десантируется техника и грузы на платформах с помощью вытяжного парашюта.
Посадочным способом перевозятся средние 45-тонные танки, пусковые установки ракет, самолеты фронтовой авиации, авиационное топливо в резервуарах и прочую технику в пределах грузоподъемности «ила» и размеров его грузового отсека.
Для перевозки личного состава предусмотрено 145 посадочных мест в четыре ряда, а в двухпалубном варианте – до 225 мест. Кроме этого, самолеты имеют необходимое оборудование для перевозки больных и раненых на носилках.
Ил-76 – грузовой самолет, но нередко возникает необходимость в срочной перевозке пассажиров, чему в немалой степени способствует его герметизированная грузовая кабина. В 1979 году для перевозки пассажиров создали специальный быстросъемный модуль, обеспечивающий им необходимый комфорт.
Первый полет Ил-76ТД состоялся 5 мая 1982 года, и спустя 12 лет разрешили индивидуальное продление ресурса с 13 000 летных часов (4500 полетов) до 20 000 летных часов (7000 полетов), как и у Ил-76Т.
В декабре 2003 года был утвержден «Акт о результатах государственных испытаний двигателя ПС-90А-76». Это позволило приступить к серийному производству и эксплуатации двигателя ПС-90А-76 на Ил-76МФ и Ил-76МД-90. Тогда предполагалось, что заказы Пермскому моторостроительному заводу на поставку ПС-90А-76 в последующие годы для Министерства обороны РФ составят около 200 двигателей. Это позволило бы модернизировать свыше 50 машин. Замена двигателей даже вошла в федеральную целевую программу развития Гражданской авиации, и на нее выделили солидные средства. Но, несмотря на это, государственная программа вооружений до 2010 года, предусматривавшая модернизацию Ил-76МД в вариант Ил-76МД-90, оказалась проваленной. Из 14 военных «илов» модернизировали лишь два.