Самолет М-4 (3М) цельнометаллический моноплан классической схемы с высокорасположенным стреловидным крылом.
Фюзеляж полумонокок круглого сечения диаметром 3,5 м и длиной 45,6 м технологически делился на носовую часть с передней гермокабиной, среднюю часть, включавшую центроплан крыла, хвостовую часть и кормовою кабину. В передней гермокабине размещался экипаж, основное пилотажно-навигационное оборудование и приборы управления вооружением. Крыло свободнонесущей кессонной конструкции с углом стреловидности 35°. Механизация крыла состояла из посадочных щитков под мотогондолами и выдвижных закрылков типа.
Хвостовое оперение однокилевое, стреловидное, кессонной конструкции.
Силовая установка бомбардировщика состояла из четырех самых мощных в то время реактивных двигателей АМ-3 А конструкции Микулина с тягой по 8700 кГс, в 19551957 гг. на самолет установили более мощные и экономичные двигатели РД-3 М, а затем РД-3 М-500 А. Тяга на максимальном режиме была увеличена до 9500 кГс. На самолете 3М с 1957 г. были установлены двигатели ВД-7, которые при тяге в 11 000 кГс, что на 26 % больше, чем у предшественника, имели и меньший на 25 % удельный расход топлива, да и по весу были легче. Объем топлива также был увеличен, в том числе за счет подвесных баков.
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 2060 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 1096-го тбап 201-й тбад 50-й ВА (Энгельс) в 1955 г. Директива Генштаба о формировании 201-й тбад вышла 4 сентября 1954 г. Главной базой соединения стал приволжский аэродром Энгельс, специально модернизированный под новый самолет. В дивизию сразу включили 1096-й тбап, а на следующий год добавили 1230-й полк.
Самолеты принимались в строй на аэродроме Раменское, там же к полетам приступил летный состав, который готовился и к участию в воздушном параде. Все самолеты М-4 и 3 М выпускались на Московском заводе 23 в Филях.
Первый М-4 перелетел в Энгельс 28 февраля 1955 г., а 2 марта прибыла вторая машина. При первом знакомстве самолет произвел на летчиков дивизии сильное впечатление. Машина считалась строгой в пилотировании, особенно на взлете и посадке. Летчики долго не могли привыкнуть к тому, что самолет отрывается от полосы «автоматически», только за счет срабатывания механизма «вздыбливания», и следует лишь педалями удерживать машину на прямой.
Первые самолеты 3М начали поступать в 1230-й тбап 201-й тбад (Энгельс). В дальнейшем такими воздушными кораблями были вооружены 40-й и 79-й тбап 73-й тбад (Украинка). На первом этапе освоения самолета в технический состав экипажа включались специалисты с высшим образованием, но в последующем их заменили техниками. В начале освоения полки стратегических самолетов имели три эскадрильи на самолетах М-4 (3М), и одну тренировочную на самолетах Ту-16.
В 1958 г. самолеты М-4 1096-го тбап 201-й тбад (Энгельс) начали переоборудовать в танкеры, возможности которых по переливу топлива составляли 50250 л (41400 кг), производительность насосов агрегата заправки 2 250 л/мин. Основной задачей танкеров М-4 являлась дозаправка топливом в полете бомбардировщиков 3М и Ту-95, а сам танкер получил обозначение М-42. В 73-й тбад (Украинка) в 40-м и 79-м тбап в танкеры переоборудовали по одной эскадрилье. В 1986 г. все танкеры были переданы в 1096-й полк 201-й тбад (Энгельс).
Освоение первых реактивных стратегических кораблей проходило с многочисленными отказами авиационной техники на земле и в воздухе. В 1958 г. строевая эксплуатация всего парка М-4 из-за большого количества отказов и высокой аварийности была остановлена более чем на год.
На самолетах М-4 и 3М случались и пожары, и поломки, и летные происшествия. Однажды в 40-м тбап (Украинка) на заправщике М-4 в экипаже майора Заседателева Ю.П. в августе 1964 г. ночью на аэродроме Семипалатинск после заправки в воздухе самолета Ту-95 не выпустилось шасси. Когда командир предложил членам экипажа покинуть машину, а сам решил садиться, то штурман К. Чех высказался от имени всего экипажа: «Командир! Как мы мимо твоей жены ходить будем? Или все прыгаем, или никто». Самолет по грунту пропахал более 300 метров, но все остались живы, и самолет после ремонта продолжал летать. Интересно, что с тем же Заседателевым аналогичный случай произошел и 8 лет спустя 13 июля 1972 г. Опять не выпустилось шасси (задняя стойка), и все закончилось посадкой на грунт с благополучным исходом. Причиной аварии были преднамеренные действия ст. техника лейтенанта Горбачева, который отсоединил соответствующий электропровод. Майор Заседателев был поощрен радиоприемником, а виновник был осужден на 6 лет в присутствии личного состава полка.
А вот воспоминания жены Ю.П. Заседателева: «К 27 годам я была почти седая. Только мы приехали служить в Серышево, разбился сосед по жилищной секции, затем погибли экипажи Середы и Гельметдинова, за этим самолет М-4 командира корабля Чувашова упал на машину 3М, который в это время заправлялся на земле. Разбились Болдинский (зам. командира 73-й тбад. Ред.), Вербицкий (Герой Советского Союза, командир 1230-го полка. Ред.). Перед глазами постоянно стоят сцены прощания родственников со своими погибшими. Это была не жизнь, а кошмар». После увольнения из рядов Вооруженных сил Заседателевы переехали жить в Алма-Ату. Там Юрий Петрович и погиб в карьере при заготовке песка для строительства собственного гаража.