Первоначально заказали 200 самолетов, но вскоре заказ сократили до 60 машин. В итоге построили 79 самолетов В-50А. Первый В-50А (46-017) поступил в 43-е бомбардировочное крыло на базе Дэвис-Монтан в Аризоне 20 февраля 1948 года.

В-50А (46-010, «Lucky Lady II») из 43-го крыла впервые в мире совершил беспосадочный перелет вокруг земного шара. Полет начался 2 марта 1949 года и продолжался 94 ч 1 мин. Самолет пролетел 37740 км, несколько раз пополняя запасы топлива с помощью самолетов-зап-равщиков КВ-29М.

В января 1949 года начался выпуск бомбардировщиков В-50В, отличавшихся несколько большей взлетной массой. Всего выпустили 45 В-50В. Модификация В-5 °C в серию не пошла, вместо нее начался выпуск самолетов B-50D. Это оказалась самая многочисленная модификация, выпущенная серией в 222 машины. Выпуск продолжался с мая 1949 по декабрь 1950 года. Самолет отличался более вместительными топливными баками. С 16-го экземпляра на B-50D ставили приемное устройство для жесткого бензопровода дозаправки в воздухе. Кроме того, с самолета убрали хвостовой костыль, а численность экипажа уменьшили с 11 до 10 человек. Самолеты B-50D состояли на вооружении частей 2-го, 93-го, 97-го и 509-го бомбардировочных крыльев (по 45 машин в каждом крыле). Наибольшее число самолетов В-50 приходилось на 1951/52 гг., когда командование стратегической бомбардировочной авиации располагало 220 машинами всех трех модификаций.

На базе самолета В-50 намеревались создать более крупный самолет, который сначала называли В-5 °C, а затем В-54А. Размах крыльев у самолета планировалось увеличить на 20 футов (610 см) — 4 фута в центроплане и 6 футов в законцовке каждого крыла. Фюзеляж удлиняли на 10 футов 10 дюймов (3,3 м). Двигательная установка состояла из четырех моторов «Пратт-энд-Уитни R-4360-51 VDT Уосп-Мейджер» мощностью по 4300 л.с./ 3206 кВт. Максимальная масса самолета достигала 104328 кг, максимальная скорость 697 км/ч, дальность полета 14694 км. Планировался выпуск бомбардировочной В-54А (21 штука) и разведывательной RB-54A (52 штуки) модификации. Но, как уже говорилось выше, эти планы не осуществились.

Последней серийной модификацией стал ТВ-50Н — невооруженный учебно-тренировочный самолет. В 1951 финансовом году выпустили 24 самолета этой модификации.

Кроме того появлялись другие модификации:

ТВ-50А — самолеты для переучивания экипажей самолетов «Конвейр В-36» (модифицировано 11 серийных В-50А);

ЕВ-50В — самолет для испытания шасси (переделка из одного В-50В);

RB-50B — разведчик (переделано 44 В-50В);

DB-50B — самолет-носитель в программе испытания ракет воздух-земля «Белл Х-9 Шрайк» (переделан 1 В-50В);

JB-50D — самолет для испытаний бортовой аппаратуры (переделан один B-50D);

KB-50D — опытный самолет-заправщик (переделан 1 B-50D и 1 TB-50D);

TB-50D — учебно-тренировочный самолет (переделано 11 B-50D);

WB-50D — самолет метеорологической разведки (переделано 36 B-50D);

RB-50E — самолет для испытания разведывательной аппаратуры (переделано 14 B-50D); RB-50F — самолет-носитель радаров (переделано 14 B-50D);

RB-50G — самолет-разведчик (переделано 15 B-50D);

KB-50J — самолет-заправщик, оснащенный дополнительными реактивным двигателем (переделано 7 B-50D);

КВ-50К — самолет-заправщик, оснащенный дополнительными реактивным двигателем (переделано 24 B-50D).

29 июля 1944 года во время налета на сталеплавильный комбинат «Сева» в Аныгане, Манчжурия, один из участвовавших в операции бомбардировщиков — B-29-5-BW (42-6256) из 771-й бомбардировочной эскадрильи 462-й бомбардировочной группы — получил повреждения от огня зенитной артиллерии. Зенитный снаряд, разорвавшийся под самым правым крылом, вывел из строя двигатель № 3, а двигатель № 4 начал терять масло. Понимая, что на базу машину не довести, командир экипажа капитан Говард Р. Джарелл направил самолет на Владивос-ток. Над советской территории самолет был перехвачен советскими истребителями, которые отвели американскую машину на небольшой аэродром Тарричанка. В ноябре 1944 года Советский Союз получил еще два В-29: «General H.H. Arnold Special» (42-6365) и «Ding How» (42-6358) — из 794-й эскадрильи 468й группы. Самолеты и экипажи были интернированы, причем самолеты так и остались в Советском Союзе.

Развитие тяжелых бомбардировщиков в Советском Союзе прекратилось в конце 30-х годов, когда основной акцент перенесли на самолеты фронтовой авиации. Фактически, единственным советским стратегическим бомбардировщиком был четырехмоторный самолет Пе-8 (АНТ-42, ТБ-7). Поэтому три новейших американских бомбардировщика пришлись кстати. Чтобы не терять времени, Сталин приказал буквально скопировать американские самолеты. Эту задачу поручили КБ Туполева, первые серийные самолеты следовало дать через два года.

Самолеты перегнали в Москву, где один из них полностью разобрали. Самолет разделили на несколько сегментов, каждый из которых взвесили, измерили, сфотографировали и описали. Затем сняли всю аппаратуру, трубопроводы, жгуты кабелей, тяги, и т. д. Затем разобрали несущие конструкции и сняли обшивку.

Большую проблему представлял перевод дюймов и футов в метрическую систему мер. Обшивку толщиной 1/16 дюйма, покрывающую большую поверхность крыльев, заменили советским дюралевым листом толщиной 0,8 и 1,8 мм. Приходилось искать аналоги вплоть до проводов нужного сечения.

Копированием двигателей самолета В-29 занялось КБ Швецова, которое уже имело опыт работы с двигателями «Райт». В результате Швецов создал двигатель АШ-73ТК, представлявший собой гибрид американского мотора R-3350-57 и советских АТТТ-71 и АШ-72. Некоторые узлы двигателя Швецов скопировал: турбонаддув вместе с механизмом управления, систему зажигания и теплоустойчивые подшипники.

Систему дистанционного управления огнем «Дженерал Электрик» скопировали один в один, лишь американские 12,7-мм пулеметы заменили советскими. Позднее пулеметы заменили 20-мм пушками Б-20, а затем — 23-мм пушками НС-23.

В мае 1947 года первые бомбардировщики были готовы. Самолетам присвоили название Ту-4 (первоначально использовалось обозначение Б-4). В классификации НАТО самолету присвоили обозначение «Bull» («бык»).

Туполев выполнил задание Сталина «на отлично». Ту-4 весил 35270 кг, то есть оказался меньше чем на 1 % тяжелее своего прообраза. Первый экземпляр облетал 19 мая 1947 года пилот Н. Рыбко. Вскоре в воздух поднялся второй Ту-4. который пилотировал М. Галлай. Во время воздушного парада в Москве 3 августа 1947 года были представлены уже три Ту-4 и прототип пассажирского самолета Ту-70, разработанный на базе В-29/Ту-4 (имел крылья и двигатели от одного из американских самолетов).

Ту-4 был единственным советским самолетом, акт о государственной приемке которого подписал сам Сталин. Позднее на базе бомбардировщика появились заправщик, разведчик (Ту-4Р), транспортник (Т-4Т) и летающая лаборатория для испытания двигателей (Ту-4ЛЛ).

Бюро Туполева предпринимало попытки доработать конструкцию самолета. Прежде всего, Туполев пытался увеличить дальность полета. Так появились Ту-80 и Ту-85. Они сохранили многие черты Ту-4, но имели крылья большего размаха с более объемистыми топливными баками, облагороженную аэродинамику и более мощные двигатели. Ту-85 получил код НАТО «Barge». Его радиус действия достигал 7200 км. Ту-85 получил 4 двигателя М-35 и мог перенести 5000 кг бомб на расстояние 17000 км. В серию Ту-85 не пошел, но на его базе создали Ту-95 («Bear»), который выпускался долгое время в разных модификациях и остается на вооружении российской армии до сего дня. Как уже говорилось, параллельно с Ту-4 появился пассажирский Ту-70: На базе Ту-70 позднее создали армейский транспортный самолет Ту-75.

В 50-х годах несколько Ту-4 получил Китай. Позднее китайские Ту-4 получили турбовинтовые двигатели АИ-20 (как на АН-12). Эти самолеты использовались в качестве носителей беспилотных разведывательных самолетов ВЗ-7. Кроме того, эти самолеты оснащались аппара-турой раннего оповещения.