На первом самолете 88-го проекта, взлетевшем в апреле 1952 года, удалось достичь скорости 1 012 км/час. В то же время серийные машины отличались избыточным весом и не могли выйти на уровень технического задания по дальности полета. В этих условиях Туполев решает ликвидировать значительную часть стыков на фюзеляже, сделать его более монолитным и одновременно понизить скорость на высотах менее 6 000 м. Проведенные доработки позволили сократить вес почти на 6 т. По завершении работ самолет под наименованием Ту-16 передается в серийное производство на авиазаводы: сначала в Казани, а позднее и в Воронеже (эта машина выпускалась также по лицензии в Китае). Хотя большинство Ту-16 в конце 80-х годов были выведены из боевого состава советских ВВС, их еще можно было встретить в строевых частях вплоть до 1992 года.
В начале 50-х советское правительство проявляет серьезное беспокойство по поводу достигнутого западными странами прогресса в области создания больших стратегических бомбардировщиков дальнего радиуса действия. По инициативе командования ВВС правительство ставит перед Туполевым задачу: разработать большой, высокоскоростной самолет с дальностью полета более 10 000 км и высокими летно-техническими характеристиками. Изучив показатели имевшихся на тот момент реактивных двигателей, Туполев приходит к выводу, что ни один из них не обеспечит решение поставленной задачи. Но сдаваться – не в правилах Туполева. Он направляет в промышленность заявку на создание турбовинтовых двигателей, обеспечивающих мощность на валу не менее 10 000 л.с., и на разработку высокоэффективных воздушных винтов. КБ Кузнецова в Самаре приступает к работе над двигателем, а КБ Жданова в подмосковном Ступине работает над воздушным винтом.
Взяв за основу Ту-85 с поршневым двигателем, Туполев в самом начале 1951 года начинает работу над проектом нового самолета. И хотя двигатель Кузнецова еще не готов, уже через полтора года великолепный самолет Ту-95 выполняет свой первый полет с двигателями 2ТВ-2Ф, установленными в качестве временного варианта. В сущности, примененные двигатели представляли собой форсированные моторы ТВ-2, в которых усилие на соосные воздушные винты противоположного вращения передавалось при помощи специально сконструированного редуктора. Надо сказать, что к числу главных причин, обусловивших будущий успех нового самолета, относились сконструированные КБ Жданова воздушные винты. Но успехи придут позднее, а пока…
11 мая 1953 года в ходе испытательного полета загорается один из двигателей. Экипажу не удается погасить возникший пожар, и опытный образец Ту-95 терпит катастрофу. Погибают члены экипажа летчик-испытатель А. Перелет и бортинженер В. Чернов. Туполев тяжело переживал гибель людей и считал себя лично виновным в случившемся. Тем не менее в феврале 1955 года, после довольно значительной доработки и установки двигателей НК-12 конструкции Кузнецова, в первый полет отправляется второй Ту-95.