遗憾的是，后来中苏关系破裂，令轰—6国产化受到影响。第一架完全由中国制造的轰—6直到1966年才完成，历尽艰辛，凝聚着中国航空界的智慧和心血。轰—6面世后在国防领域发挥了巨大作用，可运载常规和核武器，可用作海军打击平台、加油机、侦察/电子作战、无人机的发射者、发动机测试平台和战略巡航导弹发射者。中国第一颗氢弹的试验就是由轰—6投掷的。
据日本《航空情报》报道，有少量的中国轰—6曾被卖给伊拉克和埃及。在1977年埃及与利比亚爆发的“四天战争”中，埃及动用过轰—6轰炸机，这是轰—6最早的实战应用。
目前，中国空军和海军航空兵最顶级的轰—6版本当属2007年公开的轰—6K“战神”轰炸机。与之前的轰—6相比，轰—6K的改进幅度非常大，几乎可视为全新的机型。
首先，轰—6K用俄罗斯提供的D—30—KP2涡扇发动机替换掉老式的WP—8涡喷发动机，D—30—KP2的推力达12.5吨，比WP—8多出3吨，耗油量小得多。换装2台发动机的轰—6K的作战半径由1800公里大幅增加到3000公里，大大扩展了中国空军的打击范围。
其次，轰—6K对机身进行大幅修形，机头换上全封闭的流线形整流罩，以便加装多功能雷达。机头下方增加了一个光电吊舱，从而使该机具备昼夜全天候目标搜索能力，并能为卫星制导或激光制导炸弹提供目标指示。机尾取消了机炮，改为与机头类似的全封闭整流罩。军事专家估计，内部安装了新型电子战设备。
其三，轰—6K的座舱完全实现“玻璃化”，重要的飞行数据和火控数据都显示在6个数字化大型彩色液晶显示屏上，减轻了飞行员的负担。不仅如此，轰—6K还增加了中国自行研制的数据链，能在保密状态下与上级或其他平台进行信息传递。