В 1959 году в эксплуатацию поступила новая модель самолета – Ту-104В. Длина его фюзеляжа была увеличена на 1,2 м, полностью перепланирован пассажирский салон; за счет ликвидации мест для отдыха экипажа и перепланировки бортовой кухни-буфета число пассажирских мест было доведено до ста. Некоторые самолеты имели компоновку «туристического класса» и могли перевозить до 115 пассажиров. Последней моделью был Ту-104Е, предназначенный для перевозки 122 человек. Ту-104 начал использоваться на международных авиалиниях в 1958 году. Первыми пунктами назначения были Дели, Каир и Лондон. Первый Ту-104В поступил в эксплуатацию на маршрут Москва-Ленинград 15 апреля 1959 года. К 1960 году треть всех пассажиров «Аэрофлота» перевозилась самолетами Ту-104, срок службы которых не превышал первые 10 лет. На них было перевезено 28 млн пассажиров.

Как и многие советские самолеты того времени, Ту-104 использовался для установления новых мировых рекордов ФАИ. Им было установлено 22 мировых рекорда, в том числе:

Самолеты Ту-104 продолжали использоваться для перевозки пассажиров вплоть до 70-х годов. С поступлением в октябре 1973 года во Внуково новых самолетов Ту-104 начинают снимать с пассажирских авиалиний. Еще через два года в Иркутске заканчивает свою карьеру пассажирского самолета последний Ту-104, однако все самолеты продолжают оставаться в эксплуатации. Несколько экземпляров передается в Военно-Воздушные Силы, другие, после изъятия из «Аэрофлота», переоборудуются. Ту-104 используются для перевозки высокопоставленных лиц, в качестве летающих лабораторий, а также для тренировки космонавтов: в таких полетах Ту-104 сначала набирал высоту, затем газ сбрасывался, самолет снижался до 1 000 м, имитируя невесомость, потом опять набирал высоту и повторял все сначала. Это, естественно, создавало высокие нагрузки на корпус и значительно сокращало срок службы самолета. Использование самолета в армии прекратили после авиакатастрофы 7 февраля 1981 года, когда неправильно загруженный и перегруженный Ту-104А (бортовой номер 76600402) из состава ВВС Тихоокеанского флота, возвращавшийся в Хабаровск, разбился при взлете из аэропорта Пулково под Ленинградом. В результате катастрофы погибли шесть членов экипажа и 45 пассажиров. Хотя авиакатастрофа квалифицировалась как следствие неправильной загрузки, тот факт, что среди погибших находились заместитель командующего Тихоокеанским флотом, командующий и начальник штаба ВВС Тихоокеанского флота, привел к запрету полетов остальных самолетов. В Военно-Воздушных Силах не подтвердили сведения о том, что два Ту-104 продолжали находиться в эксплуатации на Чкаловском аэродроме до конца 80-х годов.

Последний известный полет Ту-104 состоялся II ноября 1986 года: самолет с бортовым номером СССР-42322 взлетел с аэродрома в Шереметьево и приземлился в Ульяновске в музее «Аэрофлота». На церемонии проводов в Шереметьеве присутствовал министр гражданской авиации Борис Бугаев, который за тридцать лет до того был одним из пилотов на первом Ту-104. Будущий министр говорил тогда, что «на Ту-104 сможет летать любой опытный пилот»/.

В течение всего периода эксплуатации на Ту-104 продолжались исследования, в том числе нагрузочные испытания. На разрушение испытывались три снятых с эксплуатации самолета и крылья пяти других машин. Испытания подтвердили: 35 000 летных часов или 15 000 взлетно-посадочных циклов – вполне реальные цифры. Один Ту-104Г (переоборудованный Ту-16) был оснащен большим количеством исследовательской аппаратуры и в ГосНИИГА служил метеорологической лабораторией Гидрометеослужбы, в которой испытывались метеорологические системы. Он использовался на Кубе для контроля грозы и ураганов и назывался «Циклоном».

Самолет с бортовым номером СССР-42400 совершил самое большое количество взлетов и посадок – свыше 18 000, при этом никаких сколько-нибудь значительных повреждений конструкции отмечено не было. Первый полет с пассажирами был совершен на самолете с бортовым номером СССР-Л5412. После 8 000 взлетно-посадочных циклов, когда самолет находился в середине срока эксплуатации, его сняли с авиалинии и испытали на признаки усталости конструкции. Позднее другой Ту-104 получил его номер и был установлен во Внукове, где и находится до сих пор (по состоянию на середину 1995 года).

Андрей Николаевич Туполев считал для себя обязательным встречаться и знакомиться со всеми первыми пилотами «Аэрофлота», начинавшими летать на Ту-104; в то время между двумя авиационными министерствами особого взаимодействия не было, и летчики по сей день с гордостью вспоминают эти встречи.

Один Ту-104А был построен в Омске в 1958 году в качестве опытного военно-транспортного самолета и имел обозначение Ту-107. В серийное производство он не запускался.

Ту-16/88 (илиТу-104Г) с бортовым номером СССР-42355 был переоборудован в исследовательскую метеолабораторию «Циклон». Под флагом «Аэрофлота» он эксплуатировался в ГосНИИГА. Из собрания К.Удалова

Бурное развитие самолетов и авиационных двигателей после Великой Отечественной войны наглядно иллюстрируется решением, которое приняло командование ВВС: заказать конструкторам разработку нового бомбардировщика дальнего действия на замену Ту-16 «Бэджер», едва только последний начал поступать в середине 50-х годов в строевые части.

Дмитрий Марков вновь назначается главным конструктором. Ему предстоит создать новый двухдвигательный бомбардировщик – ракетоносец дальнего действия, способный выполнять, кроме прочего, и задачи воздушной разведки. Новый самолет должен быть способен кратковременно преодолевать звуковой барьер. В конструкторском бюро разработка получила обозначение Ту-105.

Марков выбирает компоновку с почти низкорасположенным крылом, скорее, это было что-то среднее между низким и среднерасположенным крылом, со стреловидностью 55 градусов. Стреловидность горизонтального оперения была еще больше. Фюзеляж проектировался как цельнометаллический и изготавливался из алюминиевого сплава В95 и магниевого сплава МЛ5-74. Для усиления обшивки фюзеляжа использовались шпангоуты и стрингеры. Герметичная кабина экипажа оснащалась катапультными креслами К-22, опускающимися вниз, и находилась в передней части фюзеляжа, в которой размещались три члена экипажа: пилот, штурман и оператор управления вооружением. В задней части фюзеляжа размещался бомбовый отсек, в котором находились «кассетные бомбодержатели». Под фюзеляж ракетоносца подвешивалась частично выступавшая ракета дальнего действия класса «воздух-поверхность» «Китчен/АБ-4». На разведывательном Ту-22Р вместо ракеты устанавливались фотокамеры, закрепленные внутри фюзеляжа над смотровыми люками.