Невысокая надёжность и недостаточная дальность М-4 привели к тому, что эти машины в середине 50-х годов переоборудовали в заправщики.

12 августа 1958 г. министр обороны Р.Я. Малиновский и главком ВВС К.А.Вершинин обратились к Н.С.Хрущеву с письмом, написанным специфическим канцелярском языке того времени: «Положение, сложившееся за последние 3–5 лет в наших Вооруженных Силах с самолетами, вызывает тревогу, поскольку оно не обеспечивает обороноспособность страны от нападения вероятного противника. Это явилось результатом того, что наши авиационные конструкторы после известных успехов, достигнутых по созданию в 1950–1954 гг. самолетов, отвечавших тому периоду, успокоились и за последние годы не обеспечили выполнения заданий правительства в установленные сроки по созданию новых боевых самолетов… Длительная задержка в отработке и поступлении в войска новых типов самолетов, отвечающих современным требованиям, привела к отставанию наших ВВС, которые не могут успешно отразить воздушные удары вероятного противника и нанести ответные удары…»

Применительно к положению в Дальней авиации тревожные нотки в письме были вызваны исключительно низкой эксплуатационной надежностью новых стратегических бомбардировщиков и особенно — самолетов конструкции В.М.Мясищева. В частности, в справке, приложенной к письму Хрущеву, отмечалось, что самолеты М-4 простояли на земле в 1955 г. 194 дня (после катастроф самолетов зав. № 1013 и 1417), а в 1956 г. — 31 день (после катастрофы самолета зав. № 912). С принятием на вооружение усовершенствованного бомбардировщика ЗМ ситуация лучше не стала: например, в 1958 г. полеты на них были разрешены только в период с 10 мая по 9 августа. На протяжении всего остального времени машины дорабатывались по аварийным бюллетеням (22 ноября 1957 г. разбился самолет зав. № 303). Главный инженер Дальней авиации генерал-майор ИТС Гребенников в марте 1958 г. представил докладную, из которой следовало: за четыре года эксплуатации полеты бомбардировщиков М-4 были запрещены на протяжении 444 дней, за два года эксплуатации ЗМ с двигателями АМ-3 — на протяжении 252 дней и за год эксплуатации ЗМ с двигателями ВД-7 — на протяжении 167 дней. В 1958 г. средний годовой налет на экипаж в 201-й ТБАД, вооруженной самолетами М-4 и ЗМ, составил всего 37 ч, в то время как многочисленные экипажи Ту-16 провели в воздухе в среднем более 106 ч.

По причине конструктивных недостатков двигателей ВД-7 полеты самолетов ЗМ с этими двигателями были запрещены в период с сентября 1958 г. по февраль 1959 г. ОКБ Добрынина вынуждено было пойти на временное ограничение максимальной тяги двигателя («ограниченные» движки получили индекс ВД-7Б). Летно-технические данные самолетов ЗМ с такими ТРД несколько ухудшились, особенно дальность полета. Из-за недостаточной дальности полета построенные в 1954–1956 гг. бомбардировщики М-4 было решено переоборудовать в самолеты-заправщики.

Первые туполевские «стратеги» Ту-95 начали поступать в 106- ю ТБАД в конце 1955 г. Серийные машины имели максимальную взлетную массу 172 т (Ту-95М — 182 т) и максимальную дальность полета без дозаправки 12.100 — 13.200 км. В принципе, такая дальность даже без дозаправки позволяла доставить «полезный груз» массой в десяток тонн в расположение заокеанского «клиента». Самолет-носитель Ту-95 вооружался бомбами трех типов: атомными РДС-3, РДС-4 и термоядерной РДС-6с. С 1957 г. ядерные испытания авиабомб мегатонного класса было решено перенести на Новоземельский полигон в интересах обеспечения безопасности (опытное поле Семипалатинского полигона находилось на расстоянии 170 км от города, а боевые поля на Новой Земле — не ближе 450 км от ближайшего населенного пункта — города Амдермы). В 1958 г. самолет-носитель Ту-95 прошел «боевое крещение», трижды использованный для экспериментальных сбрасываний изделий РДС-6с. Машину пилотировал полковник С.В.Серегин.

Освоение Ту-95 в 50-е годы омрачилось двумя катастрофами. Первая из них, произошедшая 16 марта 1957 г., была связана с разрушением турбины двигателя НК-12М. Потребовалось внести изменения в конструкцию кузнецовского ТВД, обеспечив флюгирование винтов (после этого двигатель получил обозначение НК-12МВ). Но в целом внедрение Ту-95 на вооружение Дальней авиации не сопровождалось столь бурной и зачастую полной негатива перепиской между командованием ВВС, Госкомитетом по авиационной технике и высшим руководством страны, как в случае с М-4 и ЗМ. Главной проблемой, которая оказалась в центре внимания в конце пятидесятых годов, была необходимость превращения Ту-95 в носитель крылатых ракет.

Несмотря на в целом обоснованную критику проекта Ту-95, технические решения, заложенные в конструкцию этого самолёта, обеспечили ему возможность многократного совершенствования и наращивания боевого потенциала, что и позволило «медведям», как называли эти машины в блоке НАТО, на многие десятилетия занять прочное место в системе вооружения советской, а потом и российской авиации.

Оснащённые тяжёлыми крылатыми ракетами Ту-1бК вскоре превратились в главную и очень серьёзную угрозу американским авианосцам, что в свою очередь вызвало создание в США всё более мощных палубных перехватчиков, одним из которых стал F-4 «Фантом II».

На стратегическом бомбардировщике ЗМ характеристики надёжности и дальности конструкторам удалось несколько повысить, и, благодаря этому, «стиляги» продержались на вооружении дольше, нежели их предшественники М-4, однако трудности с переоборудованием этих машин в носители крылатых ракет привели к тому, что и они в конце-концов были переоборудованы в заправщики.

В отличие от мясищевской машины с ее низкой посадкой, обусловленной применением велосипедной схемы шасси, «девяносто пятый» выглядел «мосластым», длинноногим и довольно худощавым, что позволило сравнительно легко разместить под фюзеляжем первый советский стратегический самолет-снаряд Х-20. Кстати, именно пригодность Ту-95 для переделки в вариант носителя практически любых крылатых ракет оказалась ещё одним «неубиенным козырем» туполевцев в их конкурентной борьбе с мясищевцами. Для опытных работ была использована третья серийная машина, которой пришлось перенести весьма непростую «полостную хирургическую операцию с вскрытием брюшной полости», чтобы спрятать киль ракеты. Затем аналогичным образом переделали еще один бомбардировщик.