К концу 40-х годов с появлением ядерного оружия возникла необходимость в средствах его доставки. В. Мясищев, будучи профессором в МАИ, подал в правительство научно-обоснованное предложение о создании стратегического самолета с дальностью полета 11-12 тыс. км. 24 марта 1951 года Совет Министров СССР по указанию Сталина назначил В.Мясищева главным конструктором в воссозданное после закрытия ОКБ-23 МАП. В июне главком ВВС утвердил ТТХ к самолету “М”: максимальная дальность полета с бомбовой нагрузкой в 5 т должна составлять не менее 11-12 тыс. км, а скорость на высоте 9000 м — 900 км/ч. Разработка бомбардировщика под шифром “25″ потребовала от ОКБ-23 широкой кооперации с НИИ, КБ, заводами МАП и других отраслей.
За первые полгода в аэродинамической трубе ЦАГИ продули большое число моделей. В результате удалось создать относительно легкое с гибкими концевыми частями крыло кессонной конструкции, хорошо противостоящее влиянию флаттера. В его корневой части разместили двигатели, каждый из которых имел свой воздухозаборник, исключавший взаимное влияние при работе на различных режимах, включая остановку и запуск. Для отвода горячей газовой струи сопел от фюзеляжа и хвостового оперения их развернули в горизонтальной и вертикальной плоскостях на 4°.
Силовая установка бомбардировщика состояла их четырех самых мощных на то время ТРД АМ-3А конструкции А. Микулина с тягой по 8700 кгс. Следует отметить, что по проекту “26″ она должна была состоять из двух двигателей ВД-5 (расчетная взлетная тяга — 13000 кгс). Но ОКБ В. Добрынина не смогло в короткие сроки подготовить опытные образцы.
Особый интерес представляет принятый вариант шасси бомбардировщика “М”. Была выбрана велосипедная схема с передней “вздыбливающейся” тележкой и боковыми стойками на концах крыла. Поворот осуществлялся посредством управления головной парой колес передней четырехколесной тележки. Поворотом пары изменялось направление движения тележки, а за ней — и всего самолета. На режиме “вздыбливания” управление парой автоматически отключалось. В конце разбега нос машины приподнимался, и угол атаки увеличивался. Взлет происходил практически без вмешательства летчика. Данная схема отрабатывалась на летающей лаборатории Ту-4ЛЛ, у которой трехопорное шасси заменили велосипедным.
Максимальная бомбовая нагрузка составила 24 т, а наибольший калибр бомб — 9000 кг. Прицельное бомбометание обеспечивал радиолокационный прицел РПБ-4. Бомбардировщик имел мощное оборонительное вооружение — шесть автоматических 23-мм пушек, размещенных попарно в трех поворотных установках на фюзеляже сверху, снизу и в хвосте. В двух гермокабинах размещался экипаж из восьми человек. Катапультируемые сиденья выбрасывались через люки вниз.
К декабрю 1952 года опытный экземпляр был построен. 20 января 1953 года экипаж во главе с Ф. Опадчим совершил первый полет. С этого дня начались заводские испытания, которые закончились лишь 15 апреля 1954 года. Затяжка объяснялась их сложностью и объемностью. К этому времени бомбардировщик получил официальное название “М-4″, а на заводе он проходил как изделие “103″.
Максимальный взлетный вес воздушного корабля составил 181,5 т, скорость на высоте 6700 м достигала 947 км/ч, практический потолок при взлетной массе 138 т — 12500 м. Конструкторы сумели разместить на самолете огромное по тем временам количество топлива — 132390 л, но реальную максимальную заправку ограничили до 123600 л.
На госиспытания М-4 был принят 15 апреля 1954 года, но фактически они начались 4 мая. Перед этим, 1 мая, опытная машина в сопровождении четырех истребителей МиГ-17 приняла участие в воздушном параде над Красной площадью. Ее фотографии облетели весь мир.
После ряда доработок М-4 решили принять на вооружение, хотя по главному параметру — максимальной дальности с 5 т бомб на борту — он не удовлетворял. С целью исправления этого недостатка в 1955-1957 годы на самолет установили более мощные и экономичные двигатели РД-3М, а за тем РД-3М-500А. Созданные в ОКБ под руководством П. Зубца, они представляли собой модификацию двигателя АМ-3А.