Летом 1955 года второй экземпляр бомбардировщика продемонстрировали Хрущеву и Жукову, которым новый самолет понравился. Хрущев, желая напугать американцев, приказал показать Ту-95 на воздушном параде в Тушино, где он произвел большое впечатление на зрителей. Западные специалисты по советской авиации почему-то решили, что это самолет конструкции Ильюшина. В результате их ошибки долгое время Ту-95 был известен на Западе под названием Ил-38, а затем его там именовали Ту-20.
В сентябре 1955 года для Ту-95 был устроен серьезный экзамен — бомбардировщик, взлетев в Жуковском, после длительного перелета произвел реальное бомбометание на камчатском полигоне и вернулся на родной аэродром. Дальность его полета с крейсерской скоростью 750 км/час составила 13900 км, почти в два раза больше чем у конкурента М-4. Бомбовая нагрузка колебалась в пределах от 5 до 15 тонн, в зависимости от дальности полета.
26 сентября 1957 года стратегический бомбардировщик Ту-95 постановлением Совмина СССР был принят на вооружение. К тому моменту уже были построены около 30-и серийных машин, ставших до появления межконтинентальных баллистических ракет основой стратегической ядерной мощи СССР. Туполев вышел победителем в соревновании со своим коллегой и соперником Мясищевым
Но еще на стадии испытаний стало ясно, что в эпоху управляемых зенитных ракет и реактивных перехватчиков с самонаводящимися ракетами, стратегические бомбардировщики практически не имеют шансов прорваться к целям. Бомбы требовалось заменить дальнобойными крылатыми ракетами. Того же хотел от конструкторов Хрущев, угрожая в противном случае отправить все самолеты на металлолом. Эту операцию уже во всю производили с фронтовыми бомбардировщиками Ил-28, следующими в очереди стояли машины дальней авиации.
Конструкторское бюро Туполева, правильно оценив ситуацию, для спасения своего питомца от преждевременной смерти оснастило его ракетным комплексом К-20, остававшимся на вооружении до середины 80-х годов. Система получила обозначение «авиационно-ракетный комплекс Ту-95К-20». На ракетоносце Ту-95К подвешивали одну управляемую крылатую ракету К-20 (Х-20) с ядерной боевой частью, имевшую весьма солидные размеры: длина почти 15 метров, размах крыльев более 9-и метров, масса 9 тонн. Дальность полета ракеты составляла 350 км (модернизированной — 650 км), скорость превышала 2000 км/час.
Система наведения крылатой ракеты К-20 состояла из радиолокационной станции «ЯД», установленной на
Ту-95, РЛС «ЯР» и автопилота «ЯК», размещенных на ракете. Ее назначение — обнаружение и сопровождение цели, наведение К-20 на нее. Наведение крылатой ракеты происходило методом совмещения трех точек в горизонтальной плоскости посредством команд с самолета-носителя.
При атаке авианосцев предполагался пуск восьми крылатых ракет с ядерными боеголовками по району их нахождения
Первым стратегическим бомбардировщиком советских ВВС стал Ту-95, способный добраться до Америки (если не встретятся истребители противника)
Атака цели происходила следующим образом: на рубеже пуска экипаж Ту-95КМ производил запуск двигателя ракеты, проверял работу бортовых систем и запускал ракету, которая после этого «проседала» на 400–700 метров (для безопасности самолета-носителя), а через 40 секунд по команде автопилота начинала набор высоты. На высоте 15000 м крылатая ракета переходила в горизонтальный полет к цели. Когда до цели оставалось 16 км, К-20 начинала пикирование и поражала (или не поражала) цель.
Это мероприятие — оснащение бомбардировщика ракетным комплексом — оказалось эффективным, Ту-95 не только на долгие годы остались в строю, став основной машиной дальней авиации, но и выиграли в конкурентной борьбе со своим главным соперником — бомбардировщиком Мясищева, — отведя ему скромную роль заправщика.
Наиболее совершенными в семействе машин Ту-95 оказались стратегические ракетоносцы Ту-95МС, оснащенные револьверными пусковыми установками крылатых ракет нового поколения РКВ-500А (Х-55). Они имели дальность пуска 3000 км и комбинированную систему наведения (инерциальную, с коррекцией траектории полета).
Самолет Ту-95 был «долгожителем», так как остается на вооружении российских ВВС даже в начале XXI века. За почти пятьдесят лет производства этой удачной машины, было выпущено множество ее модификаций. Среди них: