С самого начала работ в ОКБ-23 главный кон-сгруктор принял решение о тщательной переработке многих аспектов проектирования в условиях конкретной производственной базы, которая досталась в наследство от серийного производства Ту-4. Потребовалось коренное изменение многих процессов как с точки зрения технологии изготовления и сборки, так и в соответствии с новыми представлениями самолетостроения вообще. Что касается самого бомбардировщика, то его общая компоновочная схема была изменена радикальным образом. По результатам длительных аэродинамических исследований ЦАГИ было принято решение: для обеспечения дальности полета 12 ООО км увеличить аэродинамическое качество самолета. В связи с этим была уменьшена стреловидность крыла, а также применены новые высоконесущие профили. По примеру удачной компоновки самолета Ту-1б главный проектировщик ОКБ- 23 Л. Л. Селя ко в предложил использовать подобное расположение двигателей в корне крыла с обходом продольных силовых элементов центроплана поверху и понизу спарок ТРД. Строительная высота горизонтальных пакетов двигателей была существенно меньше, чем толщина корневых участков крыла по сравнению с аналогичным соотношением у прототипа (Ту-16). Это дало возможность осуществить сопряжение крыла и фюзеляжа более плавно, без глубоких ступенек. Выходные газовые струи при этом были «размыты* в узкие пучки, что позволило сформировать так называемые «активные* зализы стыка корпуса с крылом, которые для ослабле-ш1я ннтерференнии потоков оказались эффективнее, чем струи одиночных ТРД на бомбардировщике Туполева. При идентичных переоборудованиях бомбардировщиков в пассажирекие самолеты низконяанной схемы опять же более плоские скоростные потоки газов, выхо дящих из сопл четырех ТРД (на М-6П) были бы также более эффективны для снижения сопротивления интерференции по сравнению с выходными струями у Ту-104.
Для зашиты обшивки фюзеляжа от нагрева выходными газами ближайших к бортам двигателей их сопла получили глубокие подрезы обечаек повсрху и понизу с целью расширения газовых потоков и ослабления их температурных полей за счет размывания но всртикали. Уменьшение стреловидности крыла было обусловлено повышением аэродинамического качества по результатам новых экспериментов, согласно которым наибольшие значения cv (при прочих равных условиях: площадь и профняировка крыла) соответствуют стреловидности 33 - 35' по линии фокусов в достаточно широких пределах по углу атаки и при скоростях, приемлемых для околозвукового установившегося полета. Для крыла М-4 был выбран угол стреловидности 35* по линии 0,25% хорд. Лишенное пилонов с гоняолами ТРД крыло стало аэродинамически чистым, и только обтекатели вспомогательных опор шасси,"дополнительно работающие против флаттера, оставались на нем в качества пристроек. Они замыкали концы крыла и увеличивали поперечный габарит самолета, однако при этом снижали индуктивное сопротивление крыла, работая как концевые шайбы. Реальная конструкция самолета и расходные характеристики двигателей АМ-ЗА, конечно же, не могли не утяжелить бомбардировщик по сравнению с проектом. Конструкторам пришлось еще раз увеличить площадь крыла до 326,35 мг, а для обеспечения изгибно-крутильной жесткости повсеместно усилить его при уменьшении сужения. Аналогичным образом были переделаны и агрегаты хвостового оперения. Для получения заданной дальности полета потребовалось увеличить запас топлива, поэтому, кроме увеличения емкости крыльевых баков, был удлинен фюзеляж более чем на 4 м. Для обеспечення раванства нагрузок на стойки шасси была уваличена его база. После анализа динамики движения по ВПП, выявленной по результатам летной эксплуатации других машин с велосипедными шасси, были провалены мероприятия по повышению устойчивости бомбардировщика на рулении, посадке и особенно на взлете, когда скорость движения и масса М-4 должны быть наибольшими. Этому способствовало размещение боковых опор шасси на предельно возможном удалении от задней тележки шасси и центра тяжести самолета, чем обеспечивалось удержание машины от рыскания по ВПП на взлете и посадке.
После окончательной сборки самолета и наземной отладки его систем максимальная взлетная масса М-4 составлала более!80 т против расчетной массы по проекту *1М», равной 155 т. Первый полет его состоялся 20 января 1953 г. (В-52 полетел 15 апреля 1952 г.). Несмотря на создание стратегического бомбардировщика на два месяца раньше установленного срока (от момента начала работ до постройки М-4 Сталин давал Мясищсву два года), не удалось достичь ни заданной дальности полета (12 ООО км), ни обогнать Америку с се бомбовозом В-52. Тем не менее М-4 был запущен в серийное производство с обязательством в ближайшее время получить проектную дальность и добиться реального паритета в соперничестве с США.