847 chiếc Tu-4 đã được chế tạo ở Liên bang Xô viết khi việc sản xuất chấm dứt năm 1952, một số chiếc đã được chuyển giao cho Trung Quốc hồi cuối thập niên 1950. Nhiều biến thể thực nghiệm đã được chế tạo và những kinh nghiệm quý báu có được đã giúp phát triển chương trình máy bay ném bom chiến lược Xô viết. Những chiếc Tu-4 được cho ngừng hoạt động trong thập niên 1960, được thay thế bằng loại máy bay hiện đại hơn, Tupolev Tu-95 (bắt đầu năm 1956) và Tupolev Tu-16 (bắt đầu năm 1954). Đầu thập niên 1960, những chiếc Tu-4 duy nhất còn lại ở Liên Xô được dùng trong vận tải hàng không và như các phòng thí nghiệm trên không.