
В качестве силовой установки нового самолета рассматривался целый ряд перспективных двигателей: АМ-43 ТК-300Б жидкостного охлаждения, АШ-83ФН воздушного, дизеля АЧ-30БФ. Одним из последних был вариант с моторами АМ-46ТК. Все варианты имели несколько отличные тактико-технические данные: например, с АЧ-30БФ дальность с нагрузкой из 5 т бомб составляла 6000-8000 км.
Бомбовая нагрузка, в зависимости от радиуса действия, могла достигать 18 000 кг; бомбы калибром до 5000 кг подвешивались внутренне. У В-29 общая нагрузка составляла 9080 кг, а предельный калибр бомб внутри бомбоотсека – 1816 кг. «64» выполнялся по схеме цельнометаллического моноплана со средним расположением крыла. Крыло само было двухлонжеронное, снабжалось посадочными щитками-закрылками типа Фаулера. Фюзеляж – веретенообразный монокок. Вертикальное оперение двухкилевое. Новинкой для советской авиации являлось трехколесное шасси самолета.
Экипаж предполагался из 8- 9 человек. В передней гермокабине сидели два летчика, штурман- бомбардир, бортинженер и радист. В средней – старший стрелок, управляющий верхними башнями, и два стрелка нижних пушечных турелей. В задней кабине располагался только кормовой стрелок. Задняя кабина не герметизировалась; на больших высотах стрелок должен был покидать свою установку и переходить в среднюю кабину. Такое решение, конечно, можно подвергнуть справедливой критике, ведь именно задняя полусфера наиболее опасна при атаках истребителей. В общей сложности самолет «64» защищали восемь пушек НС-23 или Б-20 в четырех башнях (с боезапасом 200 снарядов на ствол) и одна пушка НС-23 в кормовой установке (300 снарядов). При этом каждая точка пространства должна была простреливаться как минимум четырьмя стволами. Башни управлялись электродистанционной системой, причем для надежности наведение соседних башен дублировалось. По огневой мощи «64» существенно превосходил В-29. Последний имел одну 20-мм пушку (на первых сериях) и 10 пулеметов калибра 12,7 мм. Мощное пушечное вооружение существенно увеличивало эффективность обороны самолета (американцы поймут это лишь через шесть лет в Корее, когда наши МиГ-15 будут сбивать В-29 с дистанции 1000 м, оставаясь за пределами действительного огня пулеметов «Кольт-Браунинг», ограниченного 500 м). Боевая живучесть машины повышалась и сильным бронированием, рассчитанным на попадание 20-мм снарядов.

Оборудование самолета должно было обеспечивать полет при любых метеоусловиях как днем, так и ночью. Предусматривалась установка автопилота АП-42, связанного с бомбардировочным прицелом аналогично американскому С-1. При этом штурман мог корректировать движение самолета на боевом курсе. В проекте отсутствовал прицельный панорамный радиолокатор, что было крупным недостатком, но его тогда просто неоткуда было взять: своего не имелось, а союзники их в СССР не поставляли. За исключением РЛС, на самолете должно было стоять практически все наиболее современное для того периода оборудование, включая аппаратуру внешней и внутренней связи и радиовысотомер, что являлось новинкой в нашей стране.
Особенностью проекта «64» была полная электрификация рулей: элероны и рули высоты и направления приводились в действие через сервомоторы. Гидросистема обслуживала только наиболее нагруженные агрегаты – шасси, створки бомболюков и т. п. (подобный подход применялся на американском В-24).
«64» проектировался под постройку поточным методом крупной серией. С этой целью самолет разбивался на большое количество отдельно изготовленных агрегатов. Например, каркас делился на 92 наименования (138 штук) конструктивных подсборок и 326 наименований технологических подсборок, что значительно упрощало процесс производства. Осуществлялась унификация деталей и узлов самолета.
Проект стал прекрасной школой для сотрудников ОКБ. На нем отрабатывались новые методики расчета (в частности, расчета на флаттер крыла четырехмоторного самолета), современные технологии, осваивались новое оборудование и аппаратура.

Поданным расчетов, «64» превосходил В-29 по скорости на всех высотах и имел потолок на 1000 м выше.
В августе 1944 г. выпустили эскизный проект бомбардировщика. С сентября 1944 г. заказчик начал знакомиться с уже готовым макетом. В апреле 1945 г. наконец утверждаются окончательные тактико- технические требования к самолету и макет с моторами АМ-43 ТК-300Б. В том же 1945 г. два альтернативных проекта ВМ-22 и ВМ-23 предложило ОКБ В.М. Мясищева. Первый (он же ДВБ-202) имел моторы М-71ТК, второй (ДВБ-302) – АМ-46ТК-2. Оба проекта очень напоминали В-29, но отличались верхним расположением крыла и формой вертикального оперения. Расчетная дальность обеих машин с 5000 кг бомб составляла около 5000 км, что уже было явно недостаточно, поэтому и ВМ-22, и ВМ-23 не вышли из стадии эскизного проектирования.
Работы же по «64» неожиданно застопорились из-за того, что выяснилось, что весь необходимый комплект современного навигационного оборудования, прицелов, дистанционных приводов и вооружения советская промышленность в необходимые сроки разработать и изготовить не может. Выполнение правительственного задания было сорвано. Сталин усмотрел в этом халатность наркома авиапромышленности А. Шахурина и главкома ВВС А. Новикова. Они были сняты со своих постов и репрессированы. Заместитель Шахурина по опытному строительству и науке А. Яковлев, формально несший основную ответственность за новые разработки, никак не пострадал. Истинной же причиной не удачи явилось то, что в годы войны все внимание уделялось в первую очередь нуждам фронта, серийному производству, а опытно-экспериментальные и теоретические работы были «в загоне». Столь солидного перспективного задела, как американцы, советская авиапромышленность на исходе войны не имела. Надо было срочно искать выход из создавшегося положения. Как ни парадоксально, его нашел сам Сталин. Во второй половине 1944 г. на аэродромах советского Дальнего Востока совершили вынужденные посадки три поврежденных при налетах на Японию и Маньчжурию В-29 (один В-29-5- BW и два B-29-15-BW). Еще один бомбардировщик, B-29A-1-BW, разбился под Хабаровском. По действующему тогда советско- японскому договору о нейтралитете самолеты были интернированы. Их отремонтировали и опробовали в воздухе.
Сталин знал об этих машинах, знал и о том, что они оснащены новейшим оборудованием. Последовал приказ создать и запустить в производство советский аналог В-29. Работу эту поручили ОКБ Туполева. В его распоряжение поступили три В-29, перегнанных под Москву. Американцам их так и не вернули, хотя договор о нейтралитете был денонсирован советской стороной 5 апреля 1945 г. Все работы по проекту «64» прекратились в июле 1945 года. В это время как раз начался выпуск чертежей самолета Б-4 (впоследствии Ту-4) – копии В-29.
С 1947 по 1952 г. Ту-4 строился массовой серией на трех заводах: № 22 в Казани, № 18 в Куйбышеве и № 23 в Москве. За эти годы выпустили около 1000 машин разных модификаций. Кроме основного варианта тяжелого дальнего бомбардировщика, существовали специализированные самолеты – носители ядерного оружия, самолеты радиоэлектронной борьбы, разведчики (Ту-4Р). Несколько Ту-4 переоборудовали под подвеску крылатых ракет КС-1 (Ту-4КС). На «четверке» проводились работы по освоению дозаправки в воздухе истребителей и бомбардировщиков по различным схемам.
Массовое снятие с вооружения бомбардировщиков Ту-4 произошло в конце 1950-х годов, когда было расформировано значительное число частей дальней авиации.
После замены этих самолетов в бомбардировочных полках на реактивные Ту-16 большое количество Ту-4 переделали в военно- транспортные машины, способные перевозить 42 десантника с полным вооружением. Эту модификацию, Ту-4Т, можно было увидеть на наших аэродромах еще в 60-е годы. В частях и учебных подразделениях ВВС долгие годы эксплуатировались Ту-4УШС, предназначенные для подготовки штурманов бомбардировщиков Ту-16.
В 1946 г. с использованием узлов одного из интернированных В-29 построили пассажирский вариант