Równolegle z badaniami fabrycznymi prototypu, ukończonymi 26 października, samoloty tej wersji produkowano już od połowy 1957 roku i do końca roku oddano ich 11. Powstało ogółem 19 seryjnych samolotów w tej wersji, produkowanych do 1958 roku. W listopadzie 1958 roku ukończono próby kontrolne Tu-95M, które wykazały, że osiągi są nieco niższe od zadanych (m.in. pułap praktyczny 12 km zamiast 13–14 km), ale zasięg maksymalny 16 100 km jest lepszy od modelu bazowego i bombowców Miasiszczewa, wobec tego samolot został zaakceptowany. Analogicznie do poprzednika, egzemplarze używane na poligonach do zrzutu bomb atomowych miały oznaczenie Tu-95MA. Tupolew proponował dalsze rozwinięcie samolotu, o zasięgu 20 tys. km, ale w 1958 roku władze uznały bombowce klasyczne Tu-95 za nieperspektywiczne. W latach 80. część przestarzałych samolotów obu wersji bombowych przekształcono w nieuzbrojone szkolno-treningowe Tu-95U (ros. Ту-95У, od uczebnyj – szkolny). Wersje bombowe w kodzie NATO nosiły oznaczenie Bear-A.