В процессе копирования возникли значительные сложности при переводе дюймовой системы в метрическую – выяснилось, что алюминиевого листа толщиной 1/16 дюйма (т. е. 1,58 миллиметра) советские заводы не производят. В итоге толщина листа обшивки колебалась от 0,8 до 1,8 миллиметра. А вот двигатели и вооружение копировать не стали, здесь Ту-4 был оригинальным. Американские моторы с успехом заменили отечественные АШ-73ТК мощностью 2000 лошадиных сил. Как и американский прототип, Ту-4 обладал мощнейшим оборонительным вооружением – сначала одиннадцатью пулеметами УБ, затем десятью 20-миллиметровыми пушками Б-20Э, позже 23-миллиметровыми НС-23. Они размещались в пяти башнях, расположенных в передней, задней и кормовой кабинах. Бомбардировщик мог брать на борт от шести до восьми тонн бомб – фугасные, бронебойные, химические, но его ударным вооружением была 1200-килограммовая ядерная бомба РДС-4, имевшая кодовое обозначение «Татьяна».
Внешне Ту-4 был неотличим от своего американского прообраза – такой же закругленный передок фюзеляжа, такие же внушительные размеры. Советская «сверхкрепость» была четырехмоторным монопланом длиной 30 метров, с размахом крыла 40 метров. Взлетная масса – 47 500 килограммов. Максимальная скорость – 558 километров в час, дальность полета – 5100 километров. Экипаж состоял из 11 человек.
Конечно, само по себе копирование В-29 потрясающим свершением назвать было нельзя, да и во время войны такой самолет был бы неизмеримо полезнее, чем в мирное время. Но тем не менее это был бесценный опыт для советских авиаконструкторов, ведь ничего похожего ранее в СССР не производили. Американский самолет был оснащен новейшей электроникой, радиолокационным прицелом, автопилотом, радиовысотометром, системой слепой посадки – все это приходилось осваивать и проектировщикам, и летчикам. Когда европейские газеты в ноябре 1946 года сообщили о начале выпуска в СССР копий В-29, в это никто не поверил: чтобы в разоренной войной стране освоили производство сложнейшего самолета?.. Однако информация была правдивой. 19 мая 1947 года первый серийный Ту-4 под управлением Н.С. Рыбко взмыл в воздух, а уже 3 августа 1947 года на празднике в честь Дня авиации самолет был впервые показан публично.
Первые Ту-4 поступили на вооружение 13-й дальнебомбардировочной авиадивизии. Ее летчики ранее летали на американских самолетах и без особых проблем осваивали переход на новую машину. В управлении Ту-4, несмотря на размеры, был несложен и послушен, хотя и несколько «туговат».
Ту-4 сыграли особую роль в создании ядерного щита СССР, выполнив роль самолетов – носителей первых атомных бомб. 18 октября 1951 года на Семипалатинском полигоне была сброшена бомба РДС-3, а 14 сентября 1954 года на Тоцком полигоне – бомба РДС-4 с воздушным подрывом боеприпаса. Могли Ту-4 отметиться и в реальных боевых действиях: в 1956 году во время восстания в Венгрии такие самолеты уже летели бомбить центр Будапешта, но в последний момент приказ был отменен.
Поскольку на конец 1940-х годов Ту-4 оставался весьма передовой по технологии машиной, одновременно с ним планировалось к производству семейство однотипных самолетов другого назначения. В ноябре 1946 года совершил первый полет Ту-70 – комфортабельная пассажирская версия Ту-4, рассчитанная на 72 места, в сущности, первый крупный советский пассажирский самолет современного типа. В 1948 году приняли решение о постройке двадцати таких машин, однако в производство Ту-70 так и не пошел и в 1954-м был разобран. Еще печальнее оказалась судьба транспортного Ту-75, впервые полетевшего в январе 1950-го, – спустя четыре года этот самолет разбился в авиакатастрофе, экипаж погиб.
Тем не менее некоторые варианты Ту-4 строились серийно: разведчик Ту-4Р, ракетоносец Ту-4К, десантный Ту-4Д, транспортный Ту-4Т, самолет – носитель ядерного оружия Ту-4А. Самолеты успешно применялись в качестве летающей лаборатории для испытания различных видов оборудования, а с 1952 года списанные Ту-4 работали в качестве летающих мишеней для крылатых ракет.
Дальнейшим развитием Ту-4 должны были стать стратегические бомбардировщики Ту-80 (декабрь 1949 года) и Ту-85 (январь 1951 года). Их появление было связано с тем, что дальности Ту-4 не хватало для полета к границам главного стратегического противника – США, а также тем, что на вооружении американских ВВС появились более совершенные самолеты «Boeing B-50 Superfortress». Однако продолжения проекты Ту-80 и Ту-85 не имели – эпоха тяжелых поршневых бомбардировщиков заканчивалась, на смену им шли турбовинтовые и реактивные самолеты. Опыт Корейской войны показал, что противостоять реактивным истребителям поршневые бомбардировщики не в состоянии.