В ОКБ-156 непосредственную разработку будущего Ту-95 возглавил Н. Базенков. В машине предстояло совместить несовместимое – ТВД и крыло стреловидностью 35 градусов, рассчитанное на полет с околозвуковыми скоростями, но использованное лишь до числа М=0,79, при котором кпд соосных винтов снижалось с 0,88 (при М=0,64) до 0,78. Десять процентов тяги – это заметное снижение скорости и потолка, так необходимых бомбардировщику 1950-х годов для ухода от противника. В основу компоновки фюзеляжа положили технические решения, проверенные на бомбардировщике Ту-85. В значительной степени сохранился состав вооружения и оборудования.
Осенью 1951 года заказчик утвердил эскизный проект, а год спустя, 12 ноября, экипаж летчика-испытателя А.Д. Перелета (второй пилот В.П. Марунов) выполнил на Ту-95/1 со спарками 2ТВ-2Ф первый полет. На этом прототипе удалось совершить лишь 17 полетов. В последнем из них 11 мая 1953 года произошла катастрофа. О гибели командира корабля Перелета, штурмана С.С. Кириченко, инженеров А.Ф. Чернова и А.М. Большакова написано много. Известна и причина катастрофы. Но разрушение одной из шестерен редуктора силовой установки – лишь следствие.
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.