После выбора основной схемы самолета, силы ОКБ сконцентрировались на отработке конкретных элементов самолета и комплекса. В качестве двигателей для силовой установки первоначально остановились на НК-25, однотипных с теми, что предназначались для Ту-22М3. По тяговым характеристикам двигатель в основном удовлетворял разработчиков Ту-160, а вот удельные расходы топлива необходимо было снижать, иначе межконтинентальной дальности получить не удалось бы, даже при самой идеальной аэродинамике. Как отмечалось выше, в это время ОКБ Н.Д. Кузнецова приступило к проектированию нового двухконтурного трехвального ДТРДФ НК-32, который при той же взлетной форсажной тяге 25 000 кгс и бесфорсажной 13 000 кгс должен был иметь удельный расход топлива на дозвуковом режиме 0,72-0,73 кг/кгс ч и на сверхзвуке - 1,7 кг/кгс ч. Проект НК-32 имел в своей основе многие основные узлы идентичные с НК-25, что в значительной степени гарантировало реальность нового двигателя. Мясищевцы в своем проекте М-18 остановились на компоновке двигателей и мотогондол, близкой к В-1.

Несмотря на это, в ОКБ А.Н. Туполева решили все-таки провести цикл работ по поиску оптимального варианта. Совместно с ЦАГИ на 14 моделях провели большое количество продувок различных вариантов компоновок силовой установки на самолете. Подходы были самые неожиданные. Например, в проработке находились: четырехдвигательный вариант со спаренными в вертикальной плоскости двигателями в мотогондолах с горизонтальным клином, трехдвигательный вариант с осесимметричными воздухозаборниками, несколько вариантов со спаренными мотогондолами по типу примененных на Ту-22М3 и т.д. Окончательно выбрали вариант спаренной подкрыльевой установки двигателей с двухмерными, многорежимными подкрыльевыми воздухозаборниками с вертикальным клином. Аналогичные воздухозаборники прошли всестороннюю летную проверку на Ту-144. Однако в отличие от Ту-144, процесс проектирования двигателя, мотогондол, воздухозаборников и выбор размещения их на Ту-160 рассматривался и самолетчиками, и двигателистами взаимосвязно, что позволило уйти от многих недостатков присущих силовой установке Ту-144.

Как и для предварительных проектов "бесхвосток", для окончательного варианта компоновки планера выбрали интегральную схему, объединявшую наплывную переднюю часть крыла и фюзеляж в единый агрегат. Все это сочеталось с поворотными консолями крыла с углами поворота от 20 до 65 градусов и хвостовым оперением нормальной схемы с дифференциально отклоняемым стабилизатором и килем с верхней управляемой частью. Для повышения аэродинамического качества самолета при различных положениях консолей в ОКБ разработали систему специальных подвижных шторок, а впоследствии в серии внедрили поворотный гребень, позволивший оптимизировать аэродинамику участка сочленения поворотной части крыла с его неподвижной частью. Для оценки совершенства принятых аэродинамических решений совместно с ЦАГИ был выполнен большой объем продувок на 11 специально подготовленных моделях самолета. Продувки показали, что удалось получить максимальное аэродинамическое качество на крейсерском дозвуковом режиме полета в пределах 18,5-19, а на сверхзвуке более 6,0.

Вопросы, связанные с общей компоновкой самолета, решались в неразрывной связи с проблемами конструктивными и технологическими. Основные нагрузки воспринимала центральная фюзеляжеобразующая цельносварная титановая балка, вокруг нее группировались все остальные элементы планера. Оригинальная технология изготовления столь большого конструктивного элемента, как титановая балка, основывалась на процессе электронно-лучевой сварки в нейтральной среде, которая до настоящего времени относится к уникальным технологиям и по праву может считаться национальным приоритетом страны. Поворотные части крыла, узлы поворота и привода по своей схеме и техническим решениям в общем повторяли принятые для Ту-22М, однако значительное увеличение размеров и нагрузок на них потребовало существенных доработок конструкции и увеличения мощности приводов. При выборе схемы хвостового оперения рассматривались варианты с цельноповоротным стабилизатором, расположенным на вершине киля, и киль с нормальным рулем поворота, среднее расположение стабилизатора с разделением руля поворота на две секции, в окончательном варианте приняли оригинальную схему с двухсекционным килем, состоявшим из нижней неподвижной части, к которой крепился цельноповоротный стабилизатор, и верхней подвижной части киля. Подобное решение позволило в условиях ограниченных объемов разместить мощные рулевые электрогидроусилители и шарнирные привода отклоняемых плоскостей хвостового оперения.