Шасси – велосипедной схемы, состояло из двух главных четырехколесных тележек и двухколесных свободно-ориентирующихся крыльевых опор. Для маневрирования при движении на земле передняя пара колес передней тележки могла поворачиваться на углы 4° с помощью гидравлической рулевой машины, тележка допускала разворот на углы до 27° в обе стороны. Передняя тележка была оснащена механизмом «вздыбливания» для автоматического увеличения угла атаки самолета при достижении скорости отрыва при разбеге по ВПП. Взлет происходил практически без вмешательства летчика. Колеса задней тележки имели тормоза. Подкрыльные опоры шасси самоориентирующиеся.
В бомбоотсеке самолета предполагалось размещать до двух бомб калибра 9000 кг, трех бомб калибра 6000 кг или любые свободнопадающие бомбы калибра 250 кг и более суммарной массой до 24 000 кг.
Главным оружием М-4 была термоядерная бомба – «изделие 37 д» мощностью 3 мгТ тротилового эквивалента. В арсенал самолета также входили менее мощные боеприпасы: РДС-1, РДС-3, РДС-4, РДС-5 и мощностью 20–60 кт.
В 1959 г. экипажи летчиков-испытателей Н.И. Горяйнова и Б.В. Степанова установили на самолете 3М сразу 12 мировых рекордов высоты полета и грузоподъемности. В том числе подъема с грузом 10 т на 15 317 м, а на 2 км был поднят груз 55 220 кг. В том же году экипаж летчика-испытателя А.С. Липко установил семь мировых достижений скорости полета пo замкнутому маршруту. С грузом 25 т была достигнута скорость 1028 км/ч.
Командование ВВС было заинтересовано в превращении устаревших бомбардировщиков в остро необходимые танкеры. Одновременно решали вопрос о продлении назначенного ресурса 3М. Специалисты дали рекомендации, после выполнения которых самолеты 3М могли эксплуатироваться еще минимум 10 лет.
Всего было построено 116 серийных бомбардировщиков М-4 и 3М, из которых часть была переделана в самолеты-заправщики. Последний полет самолеты 3 М совершили 23 марта 1994 г. с аэродрома г. Энгельс.
Модификации самолетов Мясищева, состоявшие на вооружении Дальней авиации, были следующие:
3 МС-1 – бомбардировщик с двигателями РД-3 М-500 А («С» – как бы старый), изготовлено 40 таких самолетов;
3 МС-2 – заправщик на базе 3 МС -1;
3 МН-1 – бомбардировщик с двигателями ВД-7 Б («Н» – новый), было изготовлено 30 таких единиц;
3 МН-2 – заправщик на базе 3 МН;
3 МД – заправляемый самолет-бомбардировщик, на котором планировалось иметь ракетное вооружение, было изготовлено девять таких машин.
Впервые этот самолет продемонстрировали в июле 1967 г. на выставке авиационной техники в Домодедове.
Первые самолеты М-4 поступили на вооружение