Установка на Ту-95 комплекса К-20 и подвеска ракеты уменьшили его дальность полета почти на 2000 км. Поэтому еще в процессе испытаний Ту-95К был поднят вопрос об оборудовании ракетоносца системой дозаправки топливом в полете, а 2 июля 1958 г. вышло постановление Совмина, обязывавшее ОКБ-156 существенно улучшить ТТХ самолета-носителя и в целом комплекса К-20. В рамках этой работы 28 апреля 1959 г. состоялось решение Военно-промышленной комиссии при Совмине, которое одобряло предложение ВВС и ОКБ-156 оборудовать серийный Ту-95К системой крыльевой заправки, аналогичной примененной на Ту-16. Однако последующий анализ показал, что из-за большого размаха и гибкости крыла Ту-95 такая система дозаправки для него невозможна. Поэтому на самолет решили установить систему "шланг-конус", отработанную на 3М. 20 мая 1960 г. вышло соответствующее постановление Совмина, устанавливавшее срок передачи опытного самолета на совместные испытания в первом квартале 1961 г. ОКБ-156 оперативно подготовило всю конструкторскую документацию, и в мае завод №18 оборудовал серийный Ту-95К №2103 системой "Конус". Самолет, получивший обозначение Ту-95КД (изделие "ВКД"), мог принять в полете до 50 т топлива.

От Ту-95К новый самолет отличался телескопическим топливоприемником (штангой) перед кабиной пилотов, трубопроводом заправки по правому борту самолета с системой откачки топлива, системой сжатого воздуха для управления топливоприемником и радиоаппаратурой "Приток" для связи с самолетом-заправщиком. Кроме того, на Ту-95КД устанавливалась централизованная система наземной заправки топливом.

Опытный Ту-95КД проходил первый этап совместных испытаний с 5 июля по 8 сентября 1961 г. В полетах проверялись система выпуска и уборки топливоприемника, а также работа вновь установленной аппаратуры. Второй этап проводился с 17 октября по 30 января 1962 г. и включал практические дозаправки Ту-95КД от танкера М-4-2. Первый серийный Ту-95КД был выпущен на заводе №18 в 1962 г., а всего построили более двух десятков самолетов этого типа. Еще несколько машин переоборудовали из ранее выпущенных Ту-95К (в том числе из опытного).

Модификация	Ту-95КД
Размах крыльев, м	50.04
Длина, м	46.90
Высота, м	12.50
Площадь крыла, м2	283.7
Масса, кг
пустого самолета	86000
максимальная взлетная	182000
Тип двигателя	4 НК-12МВ
Тяга, кгс	4 х 15000
Максимальная скорость, км/ч	860
Крейсерская скорость, км/ч	770
Дальность полета, км
без дозаправки	12200
с дозаправкой	15700
Боевой радиус действия, км	7000
Практический потолок, м	11600
Экипаж, чел	8-9
Вооружение:	6 спаренных 23-мм пушек АМ-23, расположенных в 3 оборонительных установках: верхней ДТ-В12, нижней ДТ-Н12, и кормовой ДК-12. Общий боезапас - 2500 выстрелов. до 12000 кг боевой нагрузки 1 КР Х-20, подвешиваемая под фюзеляжем в районе бывшего грузоотсека.