轟-6甲，1964年西飛研製生產的圖-16國產化型號，在蘇聯技術支援撤離後，利用手上取得的圖紙與實物重製，並應我國工業能力修改部分材料結構及生產方式。轟-6甲裝備後，根據使用時發現的問題，1970年西飛開始改進自動領航轟炸系統，1980年代初完成測試試飛開始裝備。1969年曾利用生產中的一架轟-6甲改裝成無人靶機載機，1970年首飛。
轟-6乙，1972年西飛展開轟-6甲基礎上研製轟-6乙偵察機，在機腹炸彈艙內安裝3臺大型偵查用照相機，為適應遠程偵查的需要還改進了導航、通信、飛行控制、自動駕駛儀等設備。由於機載設備研製緩慢的影響，至1978年完成首飛，1979年定型並裝備。1980年我國海軍航空兵2架轟-6乙偵察機執行了對南沙群島首次空中偵查任務。
轟-6丙，轟-6丙電子干擾飛機1977年開始研製，在轟-6甲基礎上加裝主被動干擾設備、雷達探測對抗設備，機身外部、彈倉安裝各種用途的雷達天線罩與刀型天線。1977年開始研製，1980年首飛，1983年交付服役。
轟-6丁（轟-6D），1967年底轟-6作為反艦導彈攻擊機的研製正式開始，由於空軍用導彈攻擊機研製難度較大，西飛轉而根據海軍作戰需求研製轟-6丁海軍導彈攻擊機，首架轟-6丁於1981年首飛，1985年定型開始批量生產，也稱為轟-6D。曾經出口4架。在機翼下增加一對外掛架用於掛載鷹擊-6空對艦導彈，以及配套的245型機載雷達以及導彈火控裝置，機頭駕駛艙位置下方有一個加大的雷達罩，修改了部分結構的設計，取消了機身上的自衛航炮。
轟油-6（轟-6U），1990年西飛完成首架轟-6空中加油機的改裝，命名為轟油-6。1991年12月31日轟油-6與殲-8型戰鬥機首次對接成功。1995年開始服役。我國空軍裝備的加油機型號是全新制造的，外觀方面最大的特徵就是全新設計封閉式帶小型雷達罩的機頭取代了轟-6機頭透明領航艙，帶氣象雷達，保留領航員艙。更新了必要的電子設備。
轟-6F，部分後期生產的轟-6甲型進行現代化改裝的型號，於20世紀90年代實施，重點改進航電系統，安裝新型導航系統，加裝雷達警戒系統、干擾系統，取消了自衛用航炮。改裝後重新命名為轟-6F。
轟-6H，在我國海軍航空兵裝備的轟-6D型的基礎上為我國空軍研製的，可攜帶空地導彈可執行防區外打擊的型號，機頭下方雷達罩內安裝對地搜索雷達，具備低空突防的能力，機翼下有一對外掛架用於掛載戰術空對地導彈，機腹帶有數據傳輸系統。1998年首飛，1999年批量生產。互聯網上出現有轟-6H翼下掛載2枚KD63空地導彈、鷹擊12超音速導彈的圖片。
轟-6M和轟-6G，轟-6H型的進一步改進型號，每側機翼下各有兩個外掛架，機腹下有一小型外掛架用於掛載小型吊艙。取消了所有自衛用航炮。增加電子壓制能力。只裝備了我國空軍。轟-6G是一種2004年後才交付部隊的新型轟-6改型，突出改善遠海超視距對海、對地精確攻擊能力，主要武器是YJ-83K、YJ-12（鷹擊12反艦導彈）反艦導彈。
轟-6K，根據近年來我國航空電子技術飛速發展，採用最新電子設備完全徹底替換了老轟-6電子設備，同時採用了電傳操縱、隱身塗料等目前國內較成熟的技術對轟-6進行了改造。應該說，轟-6K的研製成功，是對近10年來我國航空製造業綜合集成能力的一次大檢閱，集中體現了我國航空電子、材料技術的最新成果，為其他老舊航空產品升級改造提供了一條全新的思路。
轟-6N，2017年，出現在我國互聯網上的一種轟-6新改進型號，其外觀最大特徵為加裝了空中受油管，該飛機型號被稱為轟-6N。我國軍事觀察員分析認為該機可能執行兩種任務：第一，該機可能執行遠程導彈攻擊任務，通過加油可能增加3000公里的作戰半徑，攜帶數枚射程1500公里的AKD-20空射巡航導彈；另一方面，也有觀察員認為，該機可能用來作為發射平臺，來發射衛星或彈道導彈。
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