Com o sucesso do Boeing 767-200ER, a VARIG decidiu adquirir a versão maior, o Boeing 767-300ER. O primeiro Boeing 767-341ER (PP-VOI) chegou em dezembro de 1989, seguido de mais três unidades (PP-VOJ, em fevereiro, PP-VOK, em junho, e PP-VOL, em agosto de 1990) encomendadas diretamente da fábrica da Boeing. Os B767-300ER operaram voos internacionais de menor demanda, entre o Rio de Janeiro, EUA e Europa, entre o Nordeste, EUA e Europa e entre São Paulo e América do Sul. Além disso, eles também foram usados em algumas rotas domésticas de maior demanda e em fretamentos.

Em 1997 a frota de Boeing 767-300ER foi ampliada com o recebimento de mais dois exemplares, PP-VPW (em novembro) e PP-VPV (em dezembro), os dois antes operavam na Canadian Airlines. No mercado doméstico, o Boeing 767-300ER operou entre São Paulo, Rio de Janeiro, Porto Alegre, Belo Horizonte, Manaus, Salvador, Recife e Fortaleza. Na América do Sul, o Boeing 767-300ER podia ser visto em Buenos Aires, Santiago, Lima, Bogotá e Caracas. Pelo mundo o Boeing 767-300ER era figurinha certa na Cidade do México e em Cancun, também podia ser visto em Miami, Lisboa, Madrid, Milão, Paris e Frankfurt.

Em julho de 2003 a VARIG adquiriu mais duas unidades, PP-VTC e PP-VTE, oriundos da Euro Atlantic Airways, passando a operar oito Boeing 767-300ER simultaneamente, numa tentativa de minimizar a saída dos Boeing 767-200ER da frota. Porém em dezembro de 2004 o PP-VOL foi devolvido.

Em 2005 o PP-VOK foi devolvido em julho, e o PP-VPW, em setembro. Os cinco Boeing 767-300ER remanescentes permaneceram na frota até o fim das operações da VARIG, em junho de 2006. O PP-VOI e o PP-VOJ foram para a Business Air Thailand em junho e abril de 2010, respectivamente. O PP-VTC e PP-VTV foram para a Euro Atlantic Airways em junho de 2008 e fevereiro de 2010, respectivamente. Já o PP-VTE foi para a STP Airways em dezembro de 2008.