НАТО присвоило самолету кодовое имя «Бизон». Иногда его называли «Молот».
Иностранные эксперты сильно ошиблись в тяге двигателей. Они не могли и предположить, что русским удастся создать двигатель тягой 8750 кгс, ведь ничего подобного у них не было. Отсюда и появились сильно заниженная взлетная масса, а низкая удельная нагрузка на крыло дала основание ошибочно классифицировать самолет как высотный.
Первыми самолеты М-4 стали осваивать в 1954 году летчики 1096-го тяжелобомбардировочного авиаполка (тбап) 201-й тяжелобомбардировочной авиадивизии (тбад), дислоцировавшейся в Энгельсе. Летать начинали на аэродроме ЛИИ, и лишь в феврале 1955 года первый М-4 приземлился в Энгельсе. Затем к освоению этих машин приступили летчики 40-го тбап и 79-го тбап, 73-й тбад в дальневосточной Украинке.
Серийный М-4, заводской № 6303134. Аэродром Энгельс (Саратовская область)
В первомайском параде 1955 года запланировали пролет над Красной площадью 12 машин. На опытной «М», а также первом и втором серийном М-4 должны были лететь летчики-испытатели ОКБ-23 Б.К. Галицкий, М.Л. Галлай и Ф.Ф. Опадчий. На самолетах с 3-й по 10-ю серии – экипажи дальней авиации из 201-й авиадивизии генерал-майора С.К. Бирюкова, где командирами воздушных кораблей были полковники С.М. Антонов, А.В. Иванов и В.В. Пономаренко, подполковник М.М. Головин, майоры И.А. Лаптев и К.К. Астафьев, капитаны Ю.А. Киреев и А.М. Савченко. В марте из этого списка вычеркнули самолет № 5300609, погибший во время испытательного полета.
В 1955-м началось формирование 106-й тбад, первой осваивавшей Ту-95, и 203-го тбап на самолетах М-4. В том году же промышленность построила 11 М-4 и четыре Ту-95. В 1956 году командир 203 тбап полковник Иванов провел над Красной площадью целую дивизию самолетов М-4. Тогда об этом личный состав 106-й тбад лишь мог мечтать.
В 1957 году для первомайского парада привлекли 10 машин М-4, не считая четырех резервных.
Еще в 1953 году было решено, что для удовлетворения требований заказчика самолет нужно дорабатывать.
На второй летной опытной машине «ДМ» № 0003 (планер № 0002 предназначался для статических испытаний), построенной в декабре 1953 года, установили новое шасси со вздыбливающейся тележкой, увеличивавшей взлетный угол атаки с 7,5 до 10,5 градусов (на серийных машинах установили 9,5 градусов). Это техническое решение предложил тогда еще молодой специалист В.К. Карраск. Впоследствии подобную носовую тележку разместили на опытной машине «М», а на серийной, № 0508, испытали тележку замедленного вздыбливания. Испытанная в 18 полетах усовершенствованная тележка была рекомендована к установке на серийные самолеты.