轟-6的主要作戰武器為多種普通炸彈，艙內正常載重量3000千克。
機上裝有共7門23毫米自衛機炮，機頭一門，機身上、下、尾部炮塔各兩門，由射擊瞄準雷達或光學瞄準具控製。1981年，在轟-6機上加裝第二代自動領航轟炸係統，深受部隊歡迎。為了提高轟-6的自衛生存能力，1980年，完成了轟-6機加裝自衛幹擾設備的改裝。
其炸彈武器包括核彈、普通炸彈、高阻爆破炸彈等。主要作為常規轟炸力量使用，並能使用我國研製的各種空投型核武器。
轟-6原型機研製成功後，西飛進一步研製了轟-6的第一個正式型號轟-6甲。在此之前，西安飛機製造廠於1963年接收了哈爾濱飛機製造廠1959年用蘇聯散件組裝的一架轟-6(實際上這是一架我國組裝的圖-16)，改裝為核航彈運載試驗機，代號21-511任務，1964年改裝完畢。1965年5月14日，中國轟炸航空兵某師李源一機組駕駛這架圖-16飛機，首次空投原子彈爆炸成功。
1988年5月15日，轟-6甲通過生產定型，解放軍空軍擁有了國產化的大型轟炸機，同年10月15日軍工產品定型委員會正式批準投產。1967年，轟-6甲執行了我國第一次氫彈試爆，並取得成功。
隨後在甲型的基礎上發展了轟-6乙型中程偵察機，1979年定型，裝有航丁-42型紅外相機。到1975年，轟-6丙型開始論證，1977年開始研製，1980年首飛，1983年5月完成鑒定，同年底交付空軍。主要改動包括加裝電子幹擾、電子偵察、電子警戒及可投放金屬絲或金屬箔條，增強了轟-6的自衛能力。之後還發展了轟電-6玉/域電子幹擾機、轟電偵-6玉/域電子偵察機等。1987年玉型機由空軍開始研製，1990年6月首飛，1992年定型。域型機1993年開始研製，1996年定型。
海軍航空兵於1967年轟-6還在研製時就提出了研製反艦改型轟-6丁(轟-6D)，因“文化大革命”影響，1981年8月29日才首飛成功。經多次導彈試射後，1984年12月24日轟-6丁通過技術鑒定，批準生產交付使用。1985年通過鑒定。轟-6D主要作為反艦導彈載機，保留了原有作戰能力，裝備了C-601、C-801等多種反艦導彈。
轟-6基本技術數據如下。
機長：34.800米；翼展：34.189米；機翼麵積：167.55平方米；機翼平均氣動力弦長：5.021米；機高：9.850米；最大平飛速度：1014千米/小時；巡航速度：0.75馬赫；正常起飛重量：72000千克；最大起飛重量：75800千克；最大著陸重量：55000千克；正常載彈量：3000千克；最大載彈量：9000千克；自衛武器：7門航炮；實用升限：13100米；最大航程：6000千米；起飛滑跑距離：1670米；著陸滑跑距離：1655米(不放減速傘)，1050米(放減速傘)。