轰-6作为中国最大的轰炸机，在核武器研制成功后，当仁不让地成为核武器的载机。1965年5月14日，一架改装后的轰-6飞机在中国西部上空成功完成了我国首次空投原子弹的核试验，并从此具备了核打击能力，为我国增加了重要的核反击手段，延伸了核打击的范围，增强了核威慑力，也极大地提高了中国的国际地位及影响力。1967年6月17日，又是一架轰-6甲轰炸机成功完成了我国首次空投氢弹的核试验。
轰-6轰炸机曾多次参加全军重大演习。2010年9月，在“和平使命-2010”上海合作组织反恐军事演习中，轰-6战机从本土飞抵演习区域上空参加合练，这是轰-6战机首次跨境参加上合组织联合军演，也是中国空军战机首次以远程突击的方式亮相国际演兵场。
在重大阅兵活动中，也频频出现轰-6轰炸机的身影。在2009年10月1日新中国成立六十周年阅兵式中，由轰-6H组成的轰炸机梯队，以及由轰油-6飞机、两架歼-l0A飞机和两架歼-8D飞机组成的空中加受油梯队，先后飞越天安门城楼，接受了祖国和人民的检阅。
除了重大军事行动外，轰-6还有一项特殊的任务——黄河炸冰，通过对黄河上的冰坝成功轰炸，曾经被黄河两岸人民视为“祸患”的黄河凌汛被制服。
轰-6战机“廉颇老矣”
多年来，我们对轰-6的改进一直没有停歇。在上个世纪50年代图-16轰炸机的基础上，中国科技工作者将轰-6逐步从一种携带无控炸弹的轰炸机变成一种能携带远程武器的平台。