Ту-16КС - самолет-ракетоносец (другое название - Ту-16К). Основное назначение - удары по значительно удаленным объектам противника управляемыми КР типа КС-1. Для этого на серийный Ту-16 были установлены два крыльевых балочных держателя БД-187 с обтекателями и агрегатами сброса, питания, фиксации подъема и уборки, блоками антенны и передатчика РЛС, визир штурмана. Спецоператору места в кабине не нашлось и его поместили в гермокабину, подвешиваемую к нижним узлам бомбодержателей в бомбоотсеке, снабженную соответствующими системами жизнеобеспечения, включая катапультную установку. Весь комплекс управления вместе со станцией Кобальт-Н был полностью взят с самолета Ту-4КС. Летные характеристики самолета-ракетоносца Ту-16КС несколько отличались от бомбардировщика: максимальная скорость полета на стандартной высоте 7 150 м составляла 894 км/ч с двумя ракетами и 960 км/ч - с одной, длина разбега соответственно 2 040 и 1 905 м, практическая дальность полета (до цели с ракетами, от цели без подвесок) - 3 135 и 3 560 км, дальность пуска КС-1 - 90 км. Радиус полета самолета за счет возрастания дополнительного сопротивления существенно уменьшился. Испытания самолета Ту-16КС начались в августе 1954 г., а в июне 1957 г. первые ракетоносцы стали поступать в 124-й МТАП ДД авиации ЧФ. В 1958 г. Ту-16КС начали поступать на Северный и Тихоокеанский флоты. Летом 1961 года 25 самолетов Ту-16КС были предоставлены Индонезии. Кодовое обозначение НАТО - Badger-B.

Ту-16Т. С середины 50-х серийно строился и Ту-16Т - торпедоносец, назначение которого - торпедные атаки крупных морских целей и постановка минных заграждений. С 1965 г. все самолеты Ту-16Т были переоборудованы в спасательные Ту-16С с лодкой "Фрегат" в бомбардировочном отсеке. Лодка сбрасывалась в районе аварии и выводилась к пострадавшим с помощью системы радиоуправления "Речь". Радиус действия Ty-16C - 2 000 км.

Ту-16К-10. В 1955 году приступили к работам по созданию авиационного ракетного комплекса К-10, включавшего в себя самолет-носитель Ту-16К-10, КР К-10С и систему наведения. Он предназначался для поражения надводных кораблей водоизмещением 8 000 - 10 000 т и более, что объяснялось не мощностью БЧ ракеты, а возможностями ее системы наведения. Hа самолете Ту-16КС были произведены существенные доработки: демонтировали бомбовооружение, сняли один из топливных баков, в связи с чем пришлось изменить порядок выработки топлива. В то же время установили дополнительный топливный бак меньшей емкости для ракеты. В НЧФ под радиопрозрачным обтекателем поместили антенну РЛС ЕН и приемно-передающую аппаратуру канала цели ЕН, изменили расположение рабочих мест штурманов, однако герметичный подвесной контейнер для штурмана-оператора и аппаратуры управления ракетой остались. Hа самолет Ту-16К-10 можно было подвесить только одну ракету К-10С на балочном держателе БД-238, имевшем два положения: в верхнем - ракета полуутоплена в фюзеляж самолета и опускалась в нижнее перед пуском. Отцепка ракеты производилась после проверки исправности РЛС носителя и вывода запущенного двигателя ракеты на форсажный режим. Отсек подвески после отцепки ракеты закрывался створками. Опытный образец Ту-16К-10 был выпущен в 1958 году, а спустя год началось его серийное производство. Летом 1961 года самолет продемонстрировали на воздушном празднике в Тушине. В тот же период были удачно проведены пуски К-10С на различных флотах. В октябре 1961 года комплекс приняли на вооружение. 22 августа 1962 г. на полигоне Новая Земля в рамках учений "Шквал" была испытана ракета К-10С с подрывом ядерного заряда, запущенная с самолета-носителя Ту-16К-10. Кодовое обозначение НАТО - Badger-C.