Принятый на вооружение бомбардировщик Ту-4 не мог решить главную задачу: доставку ядерного оружия через океан. Не помогло и оборудование Ту-4 системой дозаправки топливом в полете. В ноябре 1949 года вышло постановление о создании дальнего бомбардировщика с дальностью полета 12000км.

Ту-80 - ближайшее развитие Ту-4, попытка несколько улучшить характеристики самолета за счет улучшения аэродинамики и новой силовой установки АШ-73ТКФН с турбокомпрессорами и непосредственным впрыском топлива в цилиндры. В целом различия были небольшие. Крыло стало среднерасположенным. Консоли крыла устанавливались без поперечного V с целью уменьшить склонность к поперечной раскачке. Расположение экипажа было изменено ввиду изменения конструкции передней части фюзеляжа. Вместо купольного остекления, искажавшего обзор, был установлен более удобный и привычный для летчиков козырек. Пушечное и бомбардировочное вооружение по сравнению с Ту-4 усилено. По расчетам этот самолет мог брать до 12 тонн бомб.

Первый полет бомбардировщика состоялся в декабре 1949 года. На заводских испытаниях самолет показал скорость 545км/ч на высоте 10000м, дальность полета достигала 8200км при бомбовой нагрузке 5000кг. Однако существенного увеличения дальности получить не удалось.

Последним представителем поршневых дальних бомбардировщиков семейства Ту-4 стал опытный самолет Ту-85. Суммарная взлетная мощность шестиблочных 24-цилиндровых двигателей ВД-4К конструкции Добрынина достигла 4300л.с. с учетом реактивных патрубков, что было почти вдвое выше, чем у двигателя бомбардировщика Ту-4. Удельный расход топлива у земли находился на рекордно низком уровне. С такими моторами создание межконтинентального бомбардировщика стало вполне реальным.

Важнейшим направлением работ по обеспечению получения требуемых данных самолета "85" стало совершенствование его аэродинамики. В результате проведенных исследований самолет получил одно из лучших по своим аэродинамическим характеристикам крыло из применявшихся на самолетах с прямым крылом. Компоновка фюзеляжа и размещение экипажа, вооружения и оборудования остались такими же как и у самолета "80", но передний и задний бомбовые отсеки были удлинены для обеспечения подвески в каждом из них по одной фугасной бомбе ФАБ-9000.

Системы радиотехнического, радионавигационного и радиосвязного оборудования модернизировались и в него вводились самые современные агрегаты: радиостаиции 1РСБ-70, РСБ-Д и РСИУ-3, переговорное устройство СПУ-14; радиовысотомеры РВ-2 и РВ-10; автоматический радиокомпас АРК-5; самолетные части радионавигационных систем "Меридиан" и "Материк". Панорамный радиолокатор типа "Кобальт" был заменен на РЛС "Рубидий-М". Был обновлен состав бортового фотооборудования.

В январе 1951 года экипаж под командованием Перелета выполнил на Ту-85 первый полет. Испытания прошли без особых неприятностей, удалось достигнуть дальности 12000км. Второй экземпляр самолета должен был стать эталоном для серии. На нем величина максимальной бомбовой нагрузки была уменьшена до 12000кг. Не было смысла возить через океан обычные бомбы калибра 9000кг, имея в арсенале ядерные боеприпасы, масса которых не превышала 6000кг. Был внесен ряд и других существенных изменений. Испытания второго прототипа начались в июне 1951 года и продолжались до середины ноября.

Однако самолет Ту-85 устарел, не успев родиться. Новая машина становилась легкой добычей для современных средств ПВО вероятного противника, располагавших околозвуковыми реактивными всепогодными истребителями-перехватчиками. Ожидалось появление сверхзвуковых перехватчиков и наземных зенитно-ракетных комплексов. Поэтому все работы по теме были прекращены в пользу разработки нового межконтинентального бомбардировщика с турбовинтовыми двигателями Ту-95.