Начало ядерного противостояния двух сверхдержав складывалось явно не в пользу СССР. Создав через четыре года после американцев собственную атомную бомбу, СССР не имел возможности доставить это оружие на территорию США. Требовалось срочно построить флот стратегических бомбардировщиков, способных решить эту задачу.

Основу ПВО тех лет составляли истребители. Исходя из их характеристик, новый самолет должен был иметь скорость полета 900-950км/ч на высоте 12-13км, что позволяло ему уйти от преследования. Так как возможность перехвата не исключалась, бомбардировщик должен был иметь мощное оборонительное вооружение. Бомбовая нагрузка определялась в 5т - именно столько весил первый советский спецбоеприпас РДС-1, а дальность полета - 12000км.

Новое задание решили поручить Туполеву, однако тот отказался, утверждая что турбореактивные двигатели из-за слишком большого расхода топлива не позволяли достичь требуемой дальности, а турбовинтовые не обеспечивали заданной скорости и высоты полета. В итоге Туполев получил задание на создание межконтинентального бомбардировщика с ТВД (будущего Ту-95), ведь для того, чтобы достичь Америки, требовалось прежде всего обеспечить большую дальность полета.

За создание реактивного супербомбардировщика взялся Мясищев. Он получил предложение возглавить новое ОКБ, которому и предстояло спроектировать межконтинентальный реактивный бомбардировщик.

Самолет получил заводское обозначение "изделие М". Единственно приемлимыми для него оказались двигатели АМ-03 конструкции Микулина. Они были большими и тяжелыми, со значительным расходом топлива, однако обеспечивали тягу, достаточную для использования лишь четырех мотоустановок, и избавляли от перехода к чрезмерно сложной многомоторной компоновке по типу B-52. Для уменьшения лобового сопротивления двигатели установили в толстых корнях крыла, хотя размещение двигателей на крыле считалось предпочтительнее с точки зрения уменьшения массы конструкции.

Используемое на Ту-16 крыло со стреловидностью 35° имело слишком большое сопротивление и не позволяло получить заданную скорость. Тогда Мясищев принял весьма нелегкое решение: увеличить стреловидность, рискуя проиграть во взлетно-посадочных качествах. Для улучшения срывных характеристик крыло получило значительную геометрическую крутку. Его концевые зоны имели гораздо меньший угол установки, чем корневые, и при выходе на большие углы атаки продолжали "нести", когда у корня уже начинался срыв. В результате самолет должен был переходить на меньший угол, а также не терять управляемости по крену, т.к. элероны продолжали нормально работать.

Удачный опыт получил применения деформируемой конструкции крыла на B-47 и B-52 позволили Мясищеву пойти по тому же пути. Расчеты показали, что в полете концы крыла будут колебаться с амплитудой до 2м, зато крыло стало легче, сохранив при этом прочность.

Весьма сложной проблемой оказалось создание шасси самолета "М". После проработки нескольких вариантов выбор был сделан в пользу малоизученной в то время велосипедной схемы с двумя основными опорами, оснащенными четырехколесными тележками. Для обеспечения устойчивости при движении по аэродрому использовались небольшие поддерживающие опоры на законцовках крыла. Самолет с велосипедным шасси с трудом приподнимает нос во время разбега. Можно было сразу задать взлетный угол, применив стойки разной высоты, но при этом увеличивалась длина разбега из-за роста сопротивления. Выход нашли в оригинальном решении. Самолет начинал разбег со стояночным углом, при нарастании скорости подъемная сила крыла постепенно компенсировала вес, давление в специальном гидроцилиндре носовой опоры выжимало шток, который поворачивал тележку так, что земли касалась только задняя пара колес передней тележки. Нос самолета приподнимался, создавался взлетный угол, и машина отрывалась от полосы практически без вмешательства летчика.

Соблюдая строжайшую экономию веса, конструкторы не поскупились на мощное вооружение. Номенклатура наступательного, кроме ядерных боеприпасов, включала обычные бомбы калибром от 500 до 9000кг, морские мины, торпеды и управляемые бомбы УАБ-2000Ф. Максимальная бомбовая нагрузка составила 24т, что в 2 раза превышало возможности Ту-95. Оборонительное вооружение, состоявшее из трех двуствольных дистанционно управляемых пушечных установок, имело сферический обстрел, в то время как у Ту-95 была мертвая зона в нижней части передней полусферы. Следует отметить, что американцы оснастили B-52 вообще одной кормовой пулеметной установкой, т.к. считали, что вероятность успешной атаки скоростного бомбардировщика в переднюю полусферу близка к нулю.

Для бомбардировщика "М" были предусмотрены катапультные кресла всех членов экипажа, которые катапультировались вниз.

Первый полет самолета под управлением экипажа летчика-испытателя Опадчего состоялся 20 января 1953 года. Испытания шли довольно напряженно. Выявились серьезные проблемы с прочностью ряда агрегатов, гидросистемой и бустерами, наблюдалось шимми передней опоры шасси. Несколько раз в воздухе возникали очень опасные ситуации. Однако самым удручающим оказалось то, что требования правительственного задания были существенно недовыполнены, в частности, бомбардировщик не показал расчетной дальности полета. В других условиях это могло бы привести к закрытию программы, но 11 мая 1953 года разбился опытный Ту-95 и было принято решение о постройке опытной серии самолета, который получил официальное обозначение М-4.

Вызвавший при создании немало проблем М-4 стал первым в мире реактивным тяжелым стратегическим бомбардировщиком, поступившим в строевые части и первой серийной машиной Мясищева. Несмотря на многочисленные проблемы и трагические катастрофы, затруднившие освоение самолета в строевых частях, это была несомненная удача ОКБ.

Фактически единственным реальным способом увеличения дальности оказалась дозаправка в воздухе. В отличие от Ту-16, для "эмки" была выбрана не отечественная система "крыло-крыло", а схема "конус", появившаяся в Англии и доведенная до совершенства в США. Госиспытания системы закончились в 1958 году, а так как в это время уже серийно строился более совершенный бомбардировщик ЗМ, было решено все находившиеся в строю М-4 переоборудовать в заправщики М-4-2.

Прием топлива в воздухе по праву считался высшим пилотажем "дальников". Во время дозаправок было несколько критических ситуаций, но ни одна из них не привела к катастрофе.

Освоение в частях новой техники проходило непросто. Каждый экземпляр М-4 имел свои индивидуальные особенности, иногда существенные, что затрудняло обучение. Машина считалась строгой в пилотировании, особенно на взлете и посадке из-за малых запасов по углам атаки. Проблем добавлял несовершенный пружинный загрузочный механизм первых машин, из-за которого усилия на штурвале были очень большими, и летчикам при выполнении маневров приходилось заниматься тяжелым физическим трудом.

Система кондиционирования воздуха работала неудовлетворительно. Летать приходилось в меховом обмундировании - на высоте температура в кабинах падала заметно ниже нуля. Хуже всего приходилось летом: за время взлета и набора высоты все успевали пропотеть, и надо было высохнуть до того, как самолет остынет. Простуда была одним из основных профессиональных заболеваний экипажей "эмок". Опережал ее только нервный стресс, вызванный частыми отказами систем и высокой аварийностью.

Главным оружием М-4 была термоядерная бомба, которая могла уничтожить целый город или промышленный район. Тактика применения М-4 предусматривала полет по маршруту строем эскадрильи или полка на высоте 8-11км в обход аэродромов ПВО. Если цель лежала за пределами радиуса действия бомбардировщик не возвращался на базу, а выводился в заданный район океана, где экипаж покидал машину и ждал на надувных лодках, когда его подберет субмарина.