Всего авиапром изготовил два опытных и 32 серийных стратегических бомбардировщика М-4. К сожалению, войсковая эксплуатация самолета сопровождалась многочисленными авариями и летными происшествиями. Сказывалась технологическая сложность: серийные самолеты были весьма своенравными. Особые трудности возникли с системой управления, которая периодически отказывала. Взлет и посадка были сложными и часто сопровождались поломками. Слишком тугой штурвал требовал от пилотов серьезных физических усилий.

Модернизированный М-4, получивший обозначение ЗМ и впервые поднявшийся в воздух 27 марта 1956 года, конструкторы избавили от многих недостатков. Планер и системы бомбардировщика полностью перепроектировали. Самолету дали новое крыло большего размаха, без излома по задней кромке. В носовой части разместили негерметичный отсек РЛС, закрытый радиопрозрачным обтекателем. Переделали переднюю кабину, расположив рабочее место штурмана-бомбардира под летчиками со смещением влево и установив снизу фонарь. Экипажа сократился на одного человека — до семи. Улучшили шасси, систему управления, повысили мощность двигателей.

В целом экипажи высоко оценивали ЗМ и его модификации. Те, кому удавалось укротить необычную машину, называли ее очень летучей и приятной в пилотировании. Однако за самолетом уже закрепилась репутация аварийного. Из 116 М-4, ЗМ и их вариантов, находившихся в эксплуатации, в авариях и катастрофах погибли 27 машин. Еще не менее трех разбились до поступления в части. Таким образом, потери составили четверть всего парка. Еще один существенный недостаток этих бомбардировщиков — отсутствие ракетного вооружения.

Эпоха "эмок", как оружия ядерного сдерживания, подошла к концу в 1980-х, с переходом советской авиации на модернизированные ракетоносцы Ту-95МС и Ту-160. Тем не менее бомбардировщики Мясищева служили Родине долгих 40 лет, вплоть до 1994 года — сначала стратегическими бомбардировщиками, потом воздушными топливозаправщиками. Эти машины со сложной судьбой значительно опережали свое время, примененные на них технологии используются до сих пор, в том числе при проектировании перспективных самолетов.