Второй опытный экземпляр "88" в апреле 1953 года превысил заданную дальность полета. Его вес был снижен по сравнению с первой машиной на 5,5 т. Это поставило последнюю точку в борьбе "88" с конкурентами: Ил-46, который имел прямую форму крыла, и бомбардировщиком "150". Новый скоростной реактивный бомбардировщик дальнего действия мог решать широкий круг самых разнообразных боевых задач по уничтожению целей противника. Экипаж мог производить бомбометание днем и ночью при любых метеорологических условиях как в составе групп, так и одиночно, с больших высот по целям, имеющим сильную ПВО. Самолет был снабжен самым современными по тому времени средствами навигации, радиосвязи, радиолокации и имел мощное оборонительное вооружение. Состав экипажа Ту-16 шесть человек: левый летчик (командир корабля), правый летчик (помощник командира корабля); штурман, ведущий навигацию самолета и бомбометание; штурман-оператор, ведущий работу по управлению и техническому обслуживанию радиолокационного бомбардировочного прицела, управляющий энергоснабжением самолета и огнем верхней пушечной установки; стрелок-радист, обеспечивающий связь с землей и управляющий огнем нижней пушечной установки, кормовой стрелок, управляющий огнем кормовой пушечной установки, ему же придано управление радиолокационной станцией, которая синхронно связана со стрелковыми установками и предназначена для стрельбы в любых условиях видимости. Для аварийного покидания самолета все члены экипажа имеют аварийные люки со сбрасываемыми крышками и катапультные сиденья. Командир корабля и правый летчик катапультируются вверх, остальные члены экипажа - вниз.

Серийное производство Ту-16 наладили в Казани в 1953 году, а год спустя и на Куйбышевском авиазаводе. Тем временем в ОКБ велись работы над различными модификациями машины. Двигатель АМ-3 заменили более мощным, РД-3М, с тягой 9 520 кгс. Первые серийные самолеты стали поступать в строевые части в начале 1954 года. 1 мая того же года девятка Ту-16 была продемонстрирована в небе над Красной площадью, а в День авиации в августе 1955 г. над Тушинским аэродромом прошло уже 54 самолета Ту-16 в строю. Ту-16 - необычное явление не только в советском, но и в мировом самолетостроении. Пожалуй, только американский B-52 может сравниться с ним по долголетию. В течение 40 лет было создано около 50 модификаций Ту-16, часть из которых и сейчас находится в строю. Многие элементы его конструкции стали классическими для тяжелых боевых машин. Ту-16 послужил базой для проверки качества отечественных авиационных материалов, в частности легких высокопрочных сплавов, средств защиты от коррозии, для создания целого класса советских КР и авиационных ударных комплексов. Кодовое обозначение НАТО - Badger-A (Барсук).

Ту-16А. Вслед за бомбардировочным вариантом в серийное производство был запущен носитель ядерного оружия Ту-16А. С одного из таких самолетов 27 oктябpя 1967 г. в Китае был пpoизведен cбpoc и пoдpыв пеpвoгo китайского теpмoядеpнoгo уcтpoйcтва мoщнocтью 1-3 Мт.

Ту-16З. Для повышения дальности полета Ту-16 спроектировали систему крыльевой дозаправки в воздухе, несколько отличавшуюся от ранее отработанной на Ту-4. В 1955 году вышли на испытания опытные экземпляры топливозаправщика и заправляемого самолета. После принятия системы на вооружение в заправщики, которые получили наименование Ту-16З, переоснащались обычные серийные машины. Благодаря тому что оборудование и дополнительный топливный бак легко снимались, заправщики при необходимости снова могли выполнять функции бомбардировщика. Существовала также и модификация самолета-заправщика Ту-16ЗЩ.