量产之后，苏联官方正式将下一代超音速轰炸机的发展计画交给该设计局来进行。这一个设计案初期的内部编号是Samolet 103，又被称为Yu计画（Project Yu），这个阶段的基本设计是以Tu-16为蓝本，配合4具安装在翼根处的VD-5或VD-7涡轮发动机。1954年另外一个改良设计逐渐成形，编号是Samolet 105，两者最大的差异之一是后者将两具涡轮发动机安装在机尾，垂直安定面的下方两侧。机身的设计则与另外一个战术攻击机计画Samolet 98类似。这个设计最后定型为Tu-22，于1958年6月进