Большая дальность полета позволяла использовать бомбардировщик М-4 в качестве фоторазведчика для полетов в глубокий тыл противника. При этом требовалась небольшая доработка: с целью увеличения высотности с самолета снималась часть оборудования и вооружения, экипаж уменьшался до пяти человек, в грузоотсеке устанавливалось необходимое фотооборудование. В результате при дальности полета 8000 км удалось получить высоту над целью 15 000 м, как у английских бомбардировщиков серии «V».
В соответствии с постановлением СМ от 19 марта 1952 г. перед ОКБ-23 была поставлена задача спроектировать и построить высотный дальний бомбардировщик «28» с четырьмя ТРД ВД-5. 1 октября 1952 г. на рассмотрение ВВС был представлен эскизный проект самолета, а 1 декабря 1952 г. – его исполнительный макет. Государственная комиссия, рассмотревшая макет самолета, выдвинула ряд дополнительных требований, не предусмотренных ТТТ ВВС. Для их удовлетворения потребовалось внесение в конструкцию бомбардировщика значительных изменений. Так, например, заказчик потребовал увеличить номенклатуру и количество бомб (что повлекло за собой удлинение грузоотсека на 18%, усиление каркаса и некоторую перекомпоновку фюзеляжа), а также установить радиолокационный стрелковый прицел «Ксенон».
Исполнительный макет увеличенного грузоотсека был предъявлен комиссии 3 октября 1953 г. и получил одобрение.
Установка РП «Ксенон» явилась первой попыткой применения подобной аппаратуры на отечественном реактивном бомбардировщике, однако большие габариты станции (с случае сохранения и оптического прицельного поста) привели бы к уменьшению скорости полета на 30 км/ч и дальности полета на 6%. Предполагалось также сократить состав экипажа до шести человек (прорабатывался, также пятиместный вариант машины). Отличительной особенностью тактического применения самолета «28» являлась большая высота полета над целью, достигавшая 17 000 м.
Однако работы по специализированному высотному варианту бомбардировщика несколько затянулись, и в 1955 г. государственной комиссии был предъявлен эскизный проект и макет более простого модернизированного самолета, получившего обозначение ЗМ (М-6). А 27 марта 1956 г. уже начались летные испытания этой машины, имеющей носовую оконечность фюзеляжа иной формы, удлиненную на 1 м (в самом носу бомбардировщика размещалась РЛС РБП-4, за ней блистер штурмана), усовершенствованное (после истории с «шимми») шасси, облегченную конструкцию планера (в частности, масса кабины снизилась на 500 кг), горизонтальное оперение без поперечного положительного V, более мощные и легкие двигатели ВД-7 (4x11 000 кгс) с удельным расходом топлива, сниженным по сравнению с АМ-ЗА на 25%, и экипаж, уменьшенный с восьми до семи человек. На новом самолете удалось несколько увеличить емкость топливных баков, кроме того, были предусмотрены узлы крепления для подвесных топливных баков, размещавшиеся под мотогондолами и в грузоотсеке. Максимальная взлетная масса бомбардировщика достигла 193 т без баков и 202 т с ПТБ. Дальность полета по сравнению с бомбардировщиками предыдущих модификаций возросла на 40%, а с одной дозаправкой в воздухе при нормальной бомбовой нагрузке превысила 15 000 км; продолжительность полета достигла 20 ч. Теперь бомбардировщик с полным правом мог называться межконтинентальным: он получил способность, взлетев с аэродрома, расположенного в глубине территории СССР, наносить удары по США и возвращаться на свою базу.
В 1958 г. самолет ЗМ прошел войсковые испытания и был официально принят на вооружение. Однако в ходе эксплуатации бомбардировщиков выяснилось, что межремонтный ресурс ТРД ВД-7 не удастся довести до заданной величины. Это требовало частой замены двигателей, что, в свою очередь, снижало боеготовность и увеличивало эксплуатационные расходы. Поэтому было принято решение установить на ЗМ хорошо зарекомендовавшие себя на М-4 двигатели РД-ЗМ-500А. Самолеты с такой силовой установкой получили обозначение ЗМС. Их дальность полета без ПТБ уменьшилась до 9400 км.
Несколько позже была создана новая модификация ВД-7 – двигатель ВД-7Б. Его ресурс удалось довести до заданного уровня и несколько повысить экономичность, однако для этого пришлось пожертвовать максимальной тягой, она составила лишь 9500 кгс. Бомбардировщики с ВБ-7Б получили обозначение ЗМН. Имея несколько худшие скоростные и высотные характеристики, чем ЗМС, они обладали на 15% большей дальностью.
В 1960 г. началось оснащение полков дальней авиации самолетами ЗМД – последней серийной модификацией бомбардировщика. Эта машина имела крыло большей площади (при неизменном размахе), а также заостренную носовую часть фюзеляжа, заканчивающуюся штангой топливоприемника системы дозаправки в воздухе.
В начале 1960-х годов, уже после официального закрытия ОКБ В.М. Мясищева, в Жуковском приступили к летным испытаниям высотного бомбардировщика ЗМЕ, оснащенного двигателями ВД-7П (РД-7П) с максимальной стендовой тягой 11 300 кгс. На большой высоте тяга новых двигателей на 28% превышала тягу ВД-7Б, что значительно улучшало летные характеристики бомбардировщика. Однако в 1963 г. испытания машины были прекращены, прекратился и серийный выпуск бомбардировщиков В.М. Мясищева на заводе в Филях. Всего было построено 93 самолета М-4 и ЗМ всех модификаций, в том числе около 10 М-4 и 9 ЗМД.
На базе бомбардировщика ЗМ в 1956 г. был разработан проект пассажирского и военно-транспортного двухпалубного самолета «29». На военно-транспортном варианте предполагалось применение грузовой рампы, что позволяло брать на борт тяжелую боевую технику. Однако в металле этот самолет так и не был построен (впервые военно-транспортный самолет подобного класса – Локхид С-141 – был создан лишь в 1963 г.). Также остался нереализованным и проект первого в мире малозаметного стратегического бомбардировщика с передними поверхностями крыла и оперения, выполненными с использованием радиопоглощающих материалов.
Недостаточный боевой радиус действия первой модификации стратегического бомбардировщика остро поставил перед ОКБ В.М. Мясищева задачу поиска нетрадиционных путей увеличения дальности полета. Решение проблемы виделось в оснащении самолета системой дозаправки топливом в воздухе. В качестве самолета-заправщика было признано целесообразным использовать переоборудованный бомбардировщик того же типа, что и заправляемый самолет; тем самым упрощались организация полета группы бомбардировщиков и самолетов-заправщиков, имеющих одинаковые летные характеристики, а также наземное обслуживание парка дальней авиации (по аналогичному пути пошли и в Великобритании, создав параллельно с бомбардировщиками серии «V» их «танкерные» варианты. Богатая Америка предпочла создать специализированный самолет-заправщик КС-135).
Приказом министра авиационной промышленности от 17 сентября 1953 г. на ОКБ-23 возлагалась задача разработки системы дозаправки топливом в полете. В октябре-ноябре 1953 г. ОКБ-23 исследовало различные варианты системы дозаправки и остановило свой выбор на системе «шланг-конус». Разработка системы велась совместно с ОКБ С.М. Алексеева под руководством Г.И. Архангельского. В 1955 г. опытный самолет М-4А был оснащен оборудованием для дозаправки – лебедкой, гибким шлангом, намотанным на
