В новой конфигурации самолет получил обозначение Ту-95МС (Ту- 342). От базового Ту-142М Ту-95МС, помимо ракетного вооружения, отличался новыми навигационными и радиотехническими системами обеспечения более точного самолетовождения и работы ракетного комплекса (в частности была установлена новая PJ1C), сопрягаемыми с новой ракетной системой, новыми системами РЭП и т.д.
Первый полет опытный Ту-95МС совершил 18 ноября 1979 г. Командиром экипажа был летчик-испытатель В.Ю. Добровольский.
С начала 80-х годов началось серийное производство комплекса.
Новый стратегический самолет- ракетоносец Ту-95МС и комплекс на его базе предназначался для ведения боевых действий в простых и сложных метеоусловиях днем и ночью с целью поражения наземных целей дозвуковыми крылатыми ракетами большой дальности полета.
В 1982 году комплекс начал поступать в части ВВС, где началась его успешная эксплуатация. В июле 1983 г. комплекс был официально принят на вооружение. Серийно Ту-95МС выпускался до начала 90-х годов в варианте Ту-95МС-6 с шестью крылатыми ракетами на МКУ и в варианте Ту-95МС-16, с шестью крылатыми ракетами на МКУ и десятью на крыльевых катапультных установках. Согласно ограничениям, принятых нашей страной в соответствии с договором ОСВ-2, в составе ВВС эксплуатируются только Ту-95МС-6.
Высокие летные качества самолета Ту-95МС подтвердили несколько десятков мировых рекордов, установленные на них в конце 80-х годов летчиками ВВС.
На базе Ту-95МС в начале 80-х годов ОКБ Туполева совместно с ОКБ Челомея вело работы над перспективным самолетом-ракетоносцем Ту-95МА - носителем гиперзвуковых самолетов-снарядов большой дальности «Метеорит». Комплекс начал проходить испытания и доводки в первой половине 80-х годов. В дальнейшем, в связи с изменением общественно-политической обстановки в стране и значительным сокращением ассигнований на перспективные оборонные программы, работы над этим комплексом были заморожены.
Поступление в 80-е годы в ВВС авиационно-ракетного комплекса Ту-95МС позволило значительно поднять ударный потенциал Дальней Авиации СССР. Элементы комплекса достаточно быстро освоили в частях. Так, через год после начала поставок в части, первые экипажи Ту-95МС уже проводили успешные пуски ракет, выполняли длительные одиночные и групповые полеты с несколькими дозаправками топливом в полете, полеты и пуски в условиях сильного радиопротиводействия и т.д.
Новый комплекс показал свои высокие боевые качества. Параллельно с освоением в частях, авиапромышленность лечила его «детские болезни», комплекс постоянно совершенствовался: повышалась надежность его элементов, устанавливалось новое более совершенное оборудование.