В 1957 толу был начат серийный выпуск бомбардировщиков Ту-95М, оснащенных более мощными двигателями НК-12М (4 х 15000 л. с.) и имевших максимальную взлетную массу 182.000 кг. Скорость этих машин достигла 920 км/ч, практическая дальность - 13.200 км, а техническая дальность - 16.750 км (американский аналог В-52Е выпуска 1957 года имел максимальную взлетную массу 204.100 кг, техническую дальность 12.300 км и максимальную скорость 960 км/ч). В 1955-958 гг. в Куйбышеве на заводе №18 был построен 31 самолет Ту-95 и 19 - Ту-95М. В дальнейшем все бомбардировщики Ту-95 были доработаны до уровня Ту-95М. Эти машины оставались в строю до середины 80-х годов, после чего часть их была переоборудована в учебно-тренировочные самолеты Ту- 95У, использовавшиеся до начала 1990-х.

Для военно-морского флота в 1962 году был создан разведчик-целеуказатель Ту-95РЦ, принятый на вооружение в 1966 году (выпущено 53 самолета).

Для Дальней авиации в 1964 году создается стратегический разведывательный самолет Ту-95 РА с аппаратурой для ведения радиотехнической и фоторазведки. Этот самолет стал первым из семейства «девяностопятых», получившим систему дозаправки топливом в полете типа «шланг-конус». Четыре Ту-95 MP эксплуатировались до второй половины 80-х, после чего были переоборудованы в учебные Ту-95У (в настоящее время утилизированы).

Еще на этапе проектирования самолета Ту-95 рассматривалась возможность использования его в качестве носителя управляемых снарядов класса «воздух-поверхность». 11 марта 1954 г. вышло совместное партийно-правительственное постановление, в соответствии с которым ОКБ А.Н.Туполева поручалось разработать на базе бомбардировщика Ту-95М самолет-носитель Ту-95К для ракетного комплекса К-20, Сверхзвуковая крылатая ракета (КР) большой дальности и X-20, входящая в комплекс, разрабатывалась в ОКБ А.Н.Микояна. Она размещалась под фюзеляжем самолета в полуутопленном положении и предназначалась для поражения как наземных, так и морских целей.