轰-6甲，1964年西飞研制生产的图-16国产化型号，在苏联技术支援撤离后，利用手上取得的图纸与实物重制，并应我国工业能力修改部分材料结构及生产方式。轰-6甲装备后，根据使用时发现的问题，1970年西飞开始改进自动领航轰炸系统，1980年代初完成测试试飞开始装备。1969年曾利用生产中的一架轰-6甲改装成无人靶机载机，1970年首飞。
轰-6乙，1972年西飞展开轰-6甲基础上研制轰-6乙侦察机，在机腹炸弹舱内安装3台大型侦查用照相机，为适应远程侦查的需要还改进了导航、通信、飞行控制、自动驾驶仪等设备。由于机载设备研制缓慢的影响，至1978年完成首飞，1979年定型并装备。1980年我国海军航空兵2架轰-6乙侦察机执行了对南沙群岛首次空中侦查任务。
轰-6丙，轰-6丙电子干扰飞机1977年开始研制，在轰-6甲基础上加装主被动干扰设备、雷达探测对抗设备，机身外部、弹仓安装各种用途的雷达天线罩与刀型天线。1977年开始研制，1980年首飞，1983年交付服役。
轰-6丁（轰-6D），1967年底轰-6作为反舰导弹攻击机的研制正式开始，由于空军用导弹攻击机研制难度较大，西飞转而根据海军作战需求研制轰-6丁海军导弹攻击机，首架轰-6丁于1981年首飞，1985年定型开始批量生产，也称为轰-6D。曾经出口4架。在机翼下增加一对外挂架用于挂载鹰击-6空对舰导弹，以及配套的245型机载雷达以及导弹火控装置，机头驾驶舱位置下方有一个加大的雷达罩，修改了部分结构的设计，取消了机身上的自卫航炮。
轰油-6（轰-6U），1990年西飞完成首架轰-6空中加油机的改装，命名为轰油-6。1991年12月31日轰油-6与歼-8型战斗机首次对接成功。1995年开始服役。我国空军装备的加油机型号是全新制造的，外观方面最大的特征就是全新设计封闭式带小型雷达罩的机头取代了轰-6机头透明领航舱，带气象雷达，保留领航员舱。更新了必要的电子设备。
轰-6F，部分后期生产的轰-6甲型进行现代化改装的型号，于20世纪90年代实施，重点改进航电系统，安装新型导航系统，加装雷达警戒系统、干扰系统，取消了自卫用航炮。改装后重新命名为轰-6F。
轰-6H，在我国海军航空兵装备的轰-6D型的基础上为我国空军研制的，可携带空地导弹可执行防区外打击的型号，机头下方雷达罩内安装对地搜索雷达，具备低空突防的能力，机翼下有一对外挂架用于挂载战术空对地导弹，机腹带有数据传输系统。1998年首飞，1999年批量生产。互联网上出现有轰-6H翼下挂载2枚KD63空地导弹、鹰击12超音速导弹的图片。
轰-6M和轰-6G，轰-6H型的进一步改进型号，每侧机翼下各有两个外挂架，机腹下有一小型外挂架用于挂载小型吊舱。取消了所有自卫用航炮。增加电子压制能力。只装备了我国空军。轰-6G是一种2004年后才交付部队的新型轰-6改型，突出改善远海超视距对海、对地精确攻击能力，主要武器是YJ-83K、YJ-12（鹰击12反舰导弹）反舰导弹。
轰-6K，根据近年来我国航空电子技术飞速发展，采用最新电子设备完全彻底替换了老轰-6电子设备，同时采用了电传操纵、隐身涂料等目前国内较成熟的技术对轰-6进行了改造。应该说，轰-6K的研制成功，是对近10年来我国航空制造业综合集成能力的一次大检阅，集中体现了我国航空电子、材料技术的最新成果，为其他老旧航空产品升级改造提供了一条全新的思路。
轰-6N，2017年，出现在我国互联网上的一种轰-6新改进型号，其外观最大特征为加装了空中受油管，该飞机型号被称为轰-6N。我国军事观察员分析认为该机可能执行两种任务：第一，该机可能执行远程导弹攻击任务，通过加油可能增加3000公里的作战半径，携带数枚射程1500公里的AKD-20空射巡航导弹；另一方面，也有观察员认为，该机可能用来作为发射平台，来发射卫星或弹道导弹。
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