В январе и апреле 1951 года силовую установку испытали в НИИ ВВС, в результате выявилась недостаточная усталостная прочность редуктора. Имело место, в частности, разрушение зуба правой шестерни вала редуктора двигателя. Силовая установка не выдержала 100-часовые стендовые испытания, о чем ВВС проинформировали разработчиков 2ТВ-2Ф и ОКБ-156. Однако последние не сделали нужных выводов, и результат испытаний Ту-95 оказался трагическим, что задержало создание машины еще на два года.

Страна очень нуждалась в подобных самолетах, но катастрофа первого прототипа привела к прекращению подготовки серийного производства Ту-95 на Куйбышевском заводе № 18 и передаче (не состоявшейся) его для выпуска самолетов М-4. Лишь появление ТВ-12 позволило вновь вернуться к выпуску Ту-95. 16 февраля 1955 года экипажу летчика-испытателя М.А. Нюхтикова (второй пилот И.М. Сухомлин) довелось поднять в воздух вторую опытную машину, построенную на 156-м заводе. Спустя три года ее превратили в летающую лабораторию для испытаний первого советского двухконтурного турбореактивного двигателя НК-6.

Ту-95М в экспозиции Монинского музея ВВС

В соответствии с приказом МАП от 28 марта 1955 года для участия в первомайском параде предписывалось выделить опытный и три серийных (один резервный) Ту-95.

В начале этого же года заводские цеха стали покидать первые серийные самолеты (изделие «В»). На долю второго из них (№ 4800002), построенного в марте 1955 года, выпала нелегкая судьба. Уже после третьего полета, 4 апреля, произошла авария. На пробеге с сильным боковым ветром летчик М.И. Михайлов не справился с управлением, и самолет выкатился на грунт. В этом же месяце машину отправили в Москву для подготовки к воздушному параду в Тушино.

Надо сказать, что спустя две недели после первомайских праздников начали готовиться к очередному Дню Воздушного флота. Для этой цели запланировали 13 самолетов М-4 и семь Ту-95. Командирами последних назначили летчиков, испытателей от ОКБ-156 М.А. Нюхтикова и И.М. Сухомлина, от завода № 18 – Ю.А. Добровольского, М.И. Михайлова и К.К. Рыкова, от военной приемки завода № 18 – Солдаткина и Сергеева. Экипаж запасного Ту-95 возглавлял летчик НИИ ВВС Гапоненко.

После публичной демонстрации Ту-95 НАТО присвоил бомбардировщику кодовое имя Baar, что в переводе означает «Медведь».

Спустя год самолет, после доработок, немного подломали. В апреле 1956 года летчик Ю.А. Добровольский взлетел с заводского аэродрома в Куйбышеве и, как обычно, поставил тумблер уборки шасси (на самолете стоял электропривод) в положение «убрано». Правая «нога» спряталась, о чем свидетельствовала загоревшаяся зеленая лампочка, а левая, подергавшись, застряла в промежуточном положении. Но беда не приходит одна. Пытаясь облегчить машину, открыли краны аварийного слива топлива, но керосин вытек лишь из баков в правой половине крыла, и 100-тонная машина, с тенденцией к левому крену, стала заходить на посадку. Пробежав около 130 метров, левая нога сложилась, и самолет, коснувшись крылом «бетонки», с левым разворотом сошел с ВПП и зарылся колесами в грунт.

На другой машине, пилотируемой летчиком-испытателем завода № 18 К.К. Рыковым, в июне 1955 года удалось избежать пожара благодаря стрелку-радисту, вовремя заметившему выброс топлива из третьей мотогондолы.

В этом же году приступили к совместным с заказчиком испытаниям, проходившим сразу на трех машинах: опытной и двух серийных. На этом этапе, завершившемся в октябре 1956 года, выяснилось, что основные характеристики самолета были ниже расчетных. В связи с этим с августа 1956-го по февраль 1957 года шестую машину, построенную на серийном заводе, доработали, установив на нее двигатели НК-12М взлетной мощностью по 15 000 э.л.с. Это позволило увеличить запас топлива, доведя впоследствии взлетный вес до 182 тонн. 26 октября 1957 года завершились заводские испытания самолета.

Летные данные машины несколько улучшились, особенно дальность, что позволило принять ее на вооружение под обозначением Ту-95М (изделие «ВМ»). Самолеты этого типа можно было увидеть в полете до конца 1980-х годов. Следует отметить, что в ходе государственных испытаний при полете с крейсерской скоростью 750 км/ч по «потолкам» (максимальный вес 172 тонн, бомбовая нагрузка 5000 кг) получили техническую дальность (с полной выработкой топлива без аэронавигационного запаса) 15 040 км. Чуть позже при взлетном весе 182 тонн дальность достигла 16 160 км (крейсерская скорость 760 км/ч, продолжительность полета 21,26 часа).

Этому способствовали высокая экономичность ТВД и аэродинамическое качество, максимальное значение которого достигало 17,5. Практическая же дальность не превышала 13 940 км. Максимальная скорость 890 км/ч достигалась на высоте 7000 метров при среднем полетном весе 120 тонн, в то время как она задавалась не ниже 920 км/ч на высотах 8000–9000 м.

В то же время двигатели НК-12 считались наименее надежными агрегатами бомбардировщика, особенно желала лучшего надежность командно-топливного агрегата КТА. Периодически появлялись трещины в лопатках турбины. Все это снижало боеготовность машин, требовало повышенной квалификации как летного, так и наземного состава ВВС и дополнительных исследований, доработок и испытаний силовых установок.

В январе 1957 года маршал В.А. Судец, докладывая командованию ВВС о недостаточной дальности Ту-95 для успешного проведения межконтинентальных полетов, поставил вопрос о срочной разработке систем дозаправки топливом в полете с таким расчетом, чтобы довести ее до 22 000–24 000 км.

Тогда же подтвердилось, что полет на Ту-95 (при взлетном весе 170–172 тонн) был возможен только в спокойном воздухе без болтанки в начале маршрута протяженностью до 1500 км. Это обстоятельство фактически исключало его боевое применение. Полет на высотах от 8300 до 10 500 метров на наивыгоднейшем режиме на расстояние 15 000 км делал самолет уязвимым от огня зенитной артиллерии и истребителей противника.

Вторую машину потеряли 16 марта 1957 г. Произошло это, видимо, во время испытаний вооружения в 6-м Гос-НИИ ВВС во Владимировке (г. Ахтубинск Астраханской области), тогда погибло пять членов экипажа.

С мая 1957 года завод № 18 должен был перейти на производство Ту-95М с выпуском к июлю головной партии из шести машин. Но в связи с большим объемом работ по модернизации самолета и задержкой с поставками воздушных винтов АВ-60 со стальными лопастями планы пересмотрели, ограничившись сдачей заказчику во втором квартале двух бомбардировщиков, в третьем – пяти и до нового 1958 года – еще четырех.

Весной 1958 года Ту-95М поступил на совместные с заказчиком государственные испытания, и летать приходилось преимущественно с аэродрома Летно-исследовательского института. Ведущим летчиком на этом этапе был И.К. Ведерников. В одном из полетов, когда вторым пилотом был А.К. Стариков, штурманом – Н.И. Савин, штурманом-оператором – Н. Полетаев, а радистом – В. Голубев, произошел отказ системы кондиционирования воздуха.