航空大國的飛機(jī)設(shè)計(jì)公司在進(jìn)入較為成熟的發(fā)展階段之后，其研發(fā)側(cè)重點(diǎn)會隨著市場自然規(guī)律和政府或軍方行政命令而各有分工，這一規(guī)律在蘇聯(lián)和美國體現(xiàn)的最為突出。在20世紀(jì)60年代圖波列夫設(shè)計(jì)局完全確立了其在蘇聯(lián)遠(yuǎn)程戰(zhàn)略飛機(jī)的領(lǐng)域的絕對霸主地位，與其競爭的米亞設(shè)計(jì)局付出代價(jià)最大，雖然米亞斯獲得近百架訂單，但其作戰(zhàn)潛力顯然與渦槳?jiǎng)恿Φ膱D-95不可同日而語，之后的多個(gè)米亞大飛機(jī)項(xiàng)目也遭到了挫折，不過1966年11月24日，蘇聯(lián)部長會議通過一項(xiàng)決議批準(zhǔn)，建立一個(gè)有米亞西舍夫擔(dān)任總設(shè)計(jì)師的試驗(yàn)飛機(jī)場，繼續(xù)的提供M4系列的技術(shù)支持，其首要任務(wù)是開發(fā)一種新型戰(zhàn)略轟炸機(jī)以及專門用于攔截進(jìn)入蘇聯(lián)領(lǐng)空的歐洲偵察氣球。

最先參與招標(biāo)的是蘇霍伊和米亞西舍夫兩家設(shè)計(jì)局，除了常規(guī)布局外，相當(dāng)時(shí)相當(dāng)流行的鴨式布局也引起了設(shè)計(jì)人員的關(guān)注，有相當(dāng)一部分是可變后掠翼設(shè)計(jì)，各種氣動畫面包括無尾三角翼在內(nèi)的組合幾乎全都拿來摸索了一遍，當(dāng)時(shí)的M-20也被拿來和M-18作橫向?qū)Ρ?，前者更多的是鴨式布局，也叫尾翼前置，結(jié)合可變后掠翼，而后者雖然也采用可變后掠翼，但總體上還是常規(guī)設(shè)計(jì)，經(jīng)過一番篩選后，設(shè)計(jì)人員留下了丙個(gè)方案，一個(gè)是起飛重量在150噸左右，裝有空中加油系統(tǒng)的小型機(jī)，另一個(gè)是總重量在325噸左右但不帶受油管的大型飛機(jī)，這些均為古比雪夫的庫茲涅佐夫設(shè)計(jì)局提供，其面積根據(jù)起飛總重在670到970平方米之間，機(jī)組成員3至4人，主要作戰(zhàn)載荷時(shí)兩枚重型空地導(dǎo)彈，機(jī)上不安裝自衛(wèi)武器。

由于兩家公司各自存在種種的不利因素，因此最好的辦法是將各自的研究成果轉(zhuǎn)交給圖波列夫設(shè)計(jì)局，由其承擔(dān)改進(jìn)和運(yùn)行生產(chǎn)任務(wù)，這真是一個(gè)讓人大跌眼鏡的果，恐怕連先前失態(tài)的阿歷克塞也完全沒有想到，156設(shè)計(jì)局隨后展開大規(guī)模的氣動外形和動力系統(tǒng)的優(yōu)化研發(fā)，還涉及到的飛機(jī)基本參數(shù)、機(jī)身結(jié)構(gòu)材料、航電與武器整合等重要細(xì)節(jié)，參與研發(fā)的還包括中央流體動力學(xué)院、飛機(jī)系研究院、飛行研究院、全蘇聯(lián)航空材料研究院、航空硬件研究院、以及莫斯科電子設(shè)備研究所等，一共近800多家企事業(yè)單位。其中飛機(jī)系統(tǒng)研究院的作用尤為關(guān)鍵，他們從20世紀(jì)60年代后期就開始致力于新一代戰(zhàn)略打擊飛機(jī)的研究，確立了基本參數(shù)的指標(biāo)，對于各飛機(jī)設(shè)計(jì)局方案的優(yōu)劣取舍有著令人信服的發(fā)言權(quán)，可變后掠翼就是他們拍的板。

服役之后，航電系統(tǒng)又得到了進(jìn)一步的優(yōu)化改良，比如與地面塔臺相配合的羅蘭系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)讓自帶星光修正儀，可以在高緯度和飛越茫茫大洋時(shí)精確獲知自身方位。機(jī)上還裝有聲音告警系統(tǒng)和自動推桿器。機(jī)上基至于還有比較人性化的設(shè)計(jì)，例如帶有加熱食物用的烤爐和抽水馬桶，機(jī)身中部上端和右端發(fā)動機(jī)艙下方裝有白色防撞閃光燈。