轰-6的火控系统主要由第二代自动领航轰炸系统组成，包括多普勒雷达、轰炸雷达、光学轰炸瞄准仪、计算机、航向姿态系统、自动领航仪、无线电罗盘、无线电高度表、自动驾驶仪和速度传感器组成。机上装有共7门23毫米自卫机炮，机头一门，机身上、下、尾部炮塔各两门，由射击瞄准雷达或光学瞄准具控制。机上PX-1型炮塔（PX估计为“炮塔系统”的缩写，又分上、下、尾部三种不同结构的炮塔，尾炮塔名称为WPT-1）使用无消焰器的23-2机炮；机头前向机炮为23-2H机炮，带长消焰器。PX-1炮塔由114厂研制，1973年未定型即开始装备使用，后于1984年针对各种问题经过改进后正式定型，至今约生产了近160套、近500座炮塔。1984年，原计划以PX-1为基础为轰-5研制的PX-2型炮塔，因轰-5早已停止生产，而轰-6的PX-1炮塔又与之相似，因此取消了研制计划。
其炸弹武器包括核弹和早期采用过的250-1、500-1型普通炸弹。之后 250/500/1500/3000-2 型高阻爆破炸弹等陆续装备轰-6使用。250/500/1500/3000-2系列炸弹是在苏联фAB-M54系列爆破炸弹基础上改进研制的，60年代中期服役，适于轰-6弹舱内挂，中高空投掷。另外强-5、歼-6、歼-7、歼-8等也可挂装使用。该系列炸弹有相同的结构和性能特点，只是外型尺寸、装药等略有差异。全弹由圆柱型弹体、双圆筒试尾翼装置、头部/尾部传爆管、双弹耳和相应装填系数的TNT装药等组成。弹体由弹头、弹尾、尾锥体、弹道环组成。弹头由铸钢铸成，弹道环焊在弹头外部，专门用来改善炸弹下落进入跨音速飞行时的稳定性。该系列的四型炸弹的技术指标如下：
250-2型： 全长1.5米，弹体直径0.325米，尾翼翼展0.41米，弹重236千克，装97千克TNT
500-2型： 全长1.5米，弹体直径0.45米，尾翼翼展0.57米，弹重473千克，装200千克TNT
1500-2型：全长2.77米，弹体直径0.63米，尾翼翼展0.79米，弹重1448千克，装658千克TNT
3000-2型：全长3.3米，弹体直径0.82米，尾翼翼展0.41米，弹重2840千克，装1350千克TNT
高阻航空炸弹外形启动阻力大，不适合高速作战飞机外挂，也不能用于低空、超低空轰炸。但其短而粗的外型，能充分利用轰-6炸弹舱的容积。且只需加装适当的减速装置及开伞控制和安全保护装置，即可构成适用于高速低空/超低空轰炸的减速炸弹，从而扩大高阻航空炸弹的使用范围。
更先进的250/500/1000-3型低阻爆破炸弹是中国自行研制的。适用于高速飞机外挂投掷，轰-6并未装备。
轰-6原型机研制成功后，西飞进一步研制了轰-6的第一个正式型号轰-6甲。在此之前，西安飞机制造厂于1963年接收了哈尔滨飞机制造厂1959年用苏联散件组装的一架轰-6，改装为核航弹运载试验机，代号21-511任务，1964年改装完毕，65年5月14日这架轰-6进行了我国第一次空投核试验。这架飞机上，改装增装了投放挂弹系统、加温保温系统、防护系统和临时性试验设备。到甲型正式投产装备，令解放军空军拥有了国产化的大型轰炸机，主要作为常规轰炸力量使用，并能使用我国研制的各种空投核武器。88年5月15日，轰-6甲才通过生产定型，同年10月15日军工产品定型委员会正式批准投产。轰-6甲执行了我国第一次氢弹试爆。
随后在甲型的基础上发展了轰-6乙型中程侦察机，1979年定型，装有航丁-42型红外相机。到1975年，轰-6丙型开始论证，1977年开始研制，1980年首飞，1983年5月完成鉴定，同年底交付空军。主要改动包括加装电子干扰、电子侦察、电子警戒及可投放金属丝或金属箔条，增强了轰-6的自卫能力。之后还发展了轰电-6Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ电子干扰机、轰电侦―6Ⅰ/Ⅱ电子侦察机等。1987年Ⅰ型机由空军开始研制，1990年6月首飞，1992年定型。Ⅱ型机1993年开始研制，1996年定型。有意思的是电子型轰-6到底是怎么一回事，从未有过公开报道。1969年，又装备了少量轰-6靶机运载母机，用于携带靶-6型高空超音速无人驾驶靶机。该型号1969年3月开始研制，1970年首飞，1971年投入试用。主要改进为加装一对翼下挂架，用于挂载2架靶-6。
海军航空兵于67年轰-6还在研制时就提出了研制反舰改型 轰-6丁 (轰-6D)，因文革影响，1981年8月29日才首飞成功。经多次导弹试射后，84年12月24日轰-6丁通过技术鉴定，批准生产交付使用。85年通过鉴定。轰-6D主要作为反舰导弹载机，保留了原有作战能力。装备了 C-601 (下图)、 C-801 等多种反舰导弹。
轰-6D装备了245型雷达和自动领航火控装置，为此轰-6D取消了以往轰-6机头固定机炮，且雷达罩大于甲型的雷达罩。该雷达在9000米高度对RCS(雷达反射面积)为7500平方米的海上目标发现距离不小于150千米。其自动领航火控系统具有自动领导航、导弹自动攻击和半自动常规轰炸三大功能。需要说明的是早期的大型军舰的RCS远远大于这个数字，比如“克列斯塔II”级RCS高达1000000平方米；我国051的RCS为35840平方米。随着我国掠海高亚音速反舰导弹、超音速反舰导弹的发展，轰-6还有较大潜力可挖。
轰-6D全机共27个油箱，采用分组式向发动机供油，在飞机的油箱舱和发动机短舱内，装有高灵敏度的感温报警灭火系统，驾驶员可手动操纵灭火。油箱内充入惰性气体。D型装备了具有分别以惯导、指挥仪、自动驾驶仪、多普勒雷达、航向姿态系统交联构成的三种自动导航功能的导航系统。这种全自动导航系统精度高，保证了飞机按照预定的航线保持航迹平飞，按给定的坡度操纵飞机自动转弯、转动、改变航向等。新增的全天候自主式惯性导航系统，可在全球范围内适用，并以较高精度输出飞机的即时位置、姿态，通过计算后发出驾驶指令操纵飞机。其航向姿态指引系统可以在飞行过程中，自动显示飞机的各种航向角、姿态角、偏流角、无线电台方位角和相对方位角，以及飞机在转弯时的角度、航道偏差等等。轰-6D装备了自检测甚/超高频电台，具有多频段多功能的优点，并可预选20个波道。在主波道通信同时，能预设救生频率进行信号接收联络，也可自动应急发射呼救信号。通信系统中配备的短波电台、救生电台（每个乘员配备）和机内通话器等设备，可以保证在飞行中飞机与飞机、飞机与地面之间中、近距离的指挥联络和远距离通信联络，机组能用机内通话器进行封闭式通话。D型气密舱增压和加温用的空气，由发动机压缩机供给的。仅有一台发动机工作时，也能保证供空气。如飞机座舱受损引起舱压降低，能手动调节气压。在低空飞行时座舱内自然通风，前后座舱均设有专门系统。为了防止结冰，在机翼、发动机、尾翼以及驾驶员座舱玻璃、领航员瞄准玻璃等部位均有电热或气热加温装置。该型号采用了WQJ－1型发动机起动机。目前轰-6D已经出口。
D型装备了弹舱投放/导弹外挂发射系统互联的联合火控系统，能自动搜索跟踪选择的攻击目标，测量、实时计算目标相对运动参数，以令指挥仪发出准确指令，实施对目标的自动攻击或轰炸任务。使用的主要武器为鹰击6号空舰导弹，出口称C-601。该弹1966年随空舰导弹“371工程”立项，当时名为“风雷一号”，由三院在海鹰2号反舰导弹基础上进行改进研制。随后确定了由轰-6丁携带两枚鹰击6号的全作战系统方案，全系统主设计师为路史光同志。1979年，模拟试验顺利进行，ZJ-6指挥仪、自动驾驶仪和弹载773甲多普勒雷达相继进行对接试验，并成功进行了试射，当时发现773甲和机载773雷达相互干扰。1983年，鹰击6号获得国家科工委批准定型，并进行了部分指标调整。站长认为当时可能是针对反舰导弹技术的发展变化，加强了鹰击6号的低空突防性能。1986年C-601成功外销。
C-601反舰导弹飞行速度约M0.9，采用中段自控加末段雷达主动制导，射程约150千米，飞行速度M0.9，平飞高度50、70、100米；弹重2440千克，长7.36米，弹径0.76米，翼展2.4米，战斗部380千克，采用液体火箭发动机，弹体内有推进剂箱和氧化剂箱。轰-6丁可在1000到9000米高度之间投放该弹。投放后导弹自由下落至850米高度，发动机点火，于500米高度改平；至预订射程时弹载多普勒导航雷达关机，末制导雷达开机捕获目标；随后导弹开始俯冲，命中后三个触发引信起爆战斗部，摧毁敌舰艇目标。两发齐射间隔5～15秒，对于当时的舰艇来说，这一时间间隔足以导致舰空武器系统缺乏足够的反应时间拦截第二枚导弹。