Вопреки строгому запрету Сталина на изменения, их все же пришлось делать: устанавливали отечественные автоматические пушки Б-20, а затем НС-23, монтировали бомбардировочное оборудование, рассчитанное на подвеску советских авиационных бомб и т. п.
19 мая 1947 года в воздух поднялся первый В-29, изготовленный в СССР, только назывался он теперь Ту-4 (название придумал Сталин). В воздушном параде 3 августа 1947 года приняли участие три таких бомбардировщика. С этого момента началась поставки Ту-4 в строевые авиаполки. Первым их получил 185-й гвардейский бомбардировочный авиационный Кировоградско-Будапештский полк из состава 13-й гвардейской бомбардировочной авиационной Днепропетровско-Будапештской дивизии.
Стратегические бомбардировщики Ту-4 советской дальней авиации имели дальность полета 5100 км с крейсерской скоростью 550 км/час, что позволяло достигать территории большинства европейских государств. Максимальная бомбовая нагрузка составляла 12000 кг (2 бомбы ФАБ-6000М-46 или 28 ФАБ-500М-46). Для подвески в бомбоотсеках могли также использоваться фугасные бомбы ФАБ-250М-43, ФАБ-500М-44, ФАБ-1000М-44, ФАБ-1500М-46, ФАБ-3000М-46.
Главным недостатком «новой советской — старой американской» машины являлась неспособность достигать цели на территории США. Поэтому его главным предназначением стали передовые авиабазы ВВС США на территории европейских государств, которые тем самым превращались в заложников возможного советско-американского конфликта. Однако для поражения объектов на значительной части территории Старого Света и, особенно на Британских островах, дальности Ту-4 все же было недостаточно. Американцы подобную проблему уже решили: новые стратегические бомбардировщики В-36 с дальностью полета 16000 км могли достигать территории СССР с авиабаз в США.
Ворованная мощь — тяжелый бомбардировщик Ту-4 был точной копией американского В-29, по случаю доставшегося советским ВВС
Поскольку к разработке реактивных машин с такой дальностью полета в СССР только приступали, единственным выходом в сложившейся ситуации стало увеличение радиуса действия Ту-4 за счет оснащения его системой дозаправки в воздухе. 16 июня 1949 года летчики-испытатели Амет-хан Султан и Игорь Шелест впервые выполнили автоматическую дозаправку в воздухе по системе «с крыла на крыло».
Но из-за отсутствия достаточного количества самоле-тов-заправщиков, эта система не получила широкого распространения в дальней авиации. Быстрое моральное старение поршневого бомбардировщика, созданного еще в начале 40-х годов, вообще не оставляло никаких шансов на модернизацию. Требовалась новая машина, отвечающая стратегическим планам военно-политического руководства СССР.
Тем не менее, конструкторы пытались увеличить боевой потенциал «старичков» Ту-4. Они стали первыми носителями ядерного оружия в советском арсенале, а в 1952 году получили на вооружение управляемые ракеты КС-1, предназначенные главным образом для борьбы с американскими авианосцами. Ракетными комплексами «Комета» оснастили два авиаполка ВВС Черноморского флота.
Для Ту-4 разрабатывались и другие системы. Так, на основе трофейных материалов ОКБ-2 Министерства сельскохозяйственного машиностроения (как тут не вспомнить анекдот о комбайнах с вертикальным взлетом!) создало планирующую бомбу ПАБ-750, а затем целое семейство управляемых тяжелых авиабомб: УБ-2000Ф и УБ-5000Ф с наведением на цель по радио. На вооружение в 1955 году под индексом УБ-2Ф (4А-22) «Чайка» была принята доработанная после испытаний управляемая авиабомба УБ-2000Ф.
Кроме того, Ту-4 оснастили станцией радиоразведки ПР-1 для обнаружения работающих радиолокаторов противника, станциями постановки помех СПС-1, устройством для постановки пассивных помех (оно выбрасывало дипольные отражатели в виде станиолевых лент либо металлических иголок).
На основе этого бомбардировщика были также разработаны дальний самолет-разведчик Ту-4Р и транспортный вариант Ту-4Т, способный брать на борт от 28 до 52 десантников.
Несмотря на то, что Ту-4 устарел уже к началу его серийного производства в СССР, всего их построили более 800 единиц. Других машин подобного класса в Советском Союзе просто не существовало.
Учитывая высокие темпы старения своего детища, Туполев в 1948 году приступил к конструированию нового дальнего реактивного бомбардировщика со стреловидным крылом и с двигателями A.A. Микулина (1895–1985) АМ-3. Его максимальная скорость должна была составить 1000 км/час, дальность полета — 4000 км. Оборонительное вооружение включало семь 23-мм пушек.