Пе-2, одного из основных бомбардировщиков периода Великой Отечественной войны, 
при переходе на массовое производство резко снизилась. Работы по улучшению 
местной аэродинамики Пе-2 были проведены под руководством М. (совместно с ЦАГИ).
 На самолёте были также установлены более мощные двигатели, модифицирована 
турельная пулемётная установка, для снижения пожароопасности применена система 
нейтрального газа, упрощена технология изготовления. Скорость полёта 
увеличилась с 480 до 540 км/ч. Самолёту присвоено обозначение Пе-2Б.
В начале 1944 разработан дневной пикирующий бомбардировщик Пе-2И со скоростью 
полёта, превышающей скорость немецких истребителей, способный нести в фюзеляже 
бомбу массой 1 т для разрушения мощных оборонительных укреплений. Применение 
двигателей ВК-107А, уменьшение экипажа по сравнению с Пе-2 с 3 до 2 человек 
(благодаря электродистанционному управлению стрелковой установкой), улучшение 
аэродинамики — всё это позволило достичь скорости 656 км/ч на высоте 5650 м. 
Пе-2И стал базовым для создания ряда опытных самолётов-бомбардировщиков Пе-2М, 
ДБ-108, дальнего истребителя сопровождения ДИС. В начале 1946 опытное 
конструкторское бюро Мясищева на заводе №482 было расформировано, была 
прекращена и его конструкторская деятельность в Казани.
В 1951 Мясищев возглавил Опытно-конструкторское бюро №23, образованное для 
разработки стратегического реактивного бомбардировщика. Опыт проектирования и 
постройки таких самолётов практически отсутствовал. Необходимо было создать 
самолёт со скоростью, высотой к дальностью полёта значительно большими, чем у 
существовавших тяжёлых самолётов того времени. Впервые в отечественном 
самолётостроении при создании самолётов подобного класса были предложены и 
внедрены аэродинамически чистое тонкое стреловидное крыло без надстроек, 
размещение двигателей в наплывах корневой части крыла, шасси велосипедной схемы.
 Для сокращения разбега применялось «вздыбливание» передней пары колёс тележки 
передней стойки шасси, что увеличивало угол атаки перед отрывом. В системах 
управления элеронами и рулями применены бустеры (из-за роста шарнирных моментов 
на органах управления). В целях снижения массы конструкции широко использованы 
большегабаритные поковки, магниевое литьё. Самолёт (рис. 2 и рис. в табл. XXV), 
оснащённый четырьмя турбореактивными двигателями ЛМ-3 и получивший обозначение 
М-4, был спроектирован и построен всего через один год и 10 месяцев после 
организации опытного конструкторское бюро. На М-4 отработана система дозаправки 
самолётов в воздухе «штанга — конус», разработанная совместно с опытным 
конструкторским бюро С. М. Алексеева. Позже на базе М-4 создан 
самолёт-заправщик.
Дальнейшим развитием М-4 стал самолёт 3М (рис. 3) — реактивный стратегический 
бомбардировщик с четырьмя турбореактивными двигателями 5Д-7Б. Самолёт имел ту 
же схему, что и М-4, но была улучшена аэродинамика, изменена компоновка, кабина 
экипажа стала меньше (численность экипажа уменьшилась на одного человек). На 
самолётах М-4 и 3М установлено 19 мировых рекордов.
В 1959 совершил первый полёт самолёт М-50 (рис. 5 и рис. в таблице XXVII) — 
сверхзвуковой стратегический ракетоносец с четырьмя турбореактивными 
двигателями. Трудности проектирования, вызванные отсутствием опыта разработки 
подобных самолётов: компоновка бомбового отсека к велосипедного шасси в длинном 
тонком фюзеляже и топливных баков в тонком (с относительной толщиной 3%) 
треугольном крыле малого удлинения. Наряду с разработкой новых методов 
проектирования было реализовано много оригинальных конструктивных решений. 
Сконструирован автомат центровки, перекачивающий топливо из передних баков 
фюзеляжа в задние при переходе на сверхзвуковую скорость полёта. При этом 
обеспечены устойчивость и управляемость самолёта в аварийных ситуациях (при 
нарушении работы системы перекачки или резком снижении скорости). Разработана 
очень «плотная» компоновка — в самолёте удалось разместить большое количество 
топлива. На самолёте предусмотрена полностью автоматизированная 
электродистанционная система управления. В конструкции планёра впервые широко 
применены большегабаритные монолитные прессованные панели, что обеспечило 
необходимое качество аэродинамических поверхностей и снижение массы благодаря 
уменьшению протяжённости стыков. Из-за сложности конструктивной схемы впервые 
применены металлические конструктивно-подобные модели для испытаний в 
аэродинамических трубах и летных испытаний.
В 1960 ОКБ-23 было переведено на ракетно-космическую тематику, и работы 
Мясищева в самолётостроении вновь были прерваны. В 1967 он возвращается к 
конструкторской деятельности в качестве генерального конструктора 
Экспериментального машиностроительного завода (ЭМЗ), которому в 1981 присвоено 
его имя. Под руководительством Мясищева на ЭМЗ проводились экспериментальные 
работы по увеличению дальности полёта самолётов за счёт ламинаризации обтекания,
 по использованию композиционных материалов и другие, а также выполнялись 
разработки самолётов. В 1981 совершил первый полёт специализированный 
самолёт-носитель, созданный на базе бомбардировщика 3М. Этот самолёт, 
получивший впоследствии обозначение ВМ-Т «Атлант» (рис. 4), предназначался для 
транспортировки с заводов-изготовителей на космодром Байконур элементов 
конструкции ракеты-носителя «Энергия» массой до 40 т и диаметром 8 м (рис. 8) и 
космического корабля многоразового использования «Буран». Перевозка грузов 
осуществляется на «спине» самолёта «Атлант», причём размеры грузов в два с 
лишним раза превосходят диаметр фюзеляжа самолёта-носителя. «Атлант» по 
существу представляет собой новый самолёт: полностью изменены конструкция 
фюзеляжа, система управления, усилено крыло, установлены более мощные двигатели,
 без доработки остался только каркас кабины экипажа. Для повышения устойчивости 
и предотвращения бафтинга вместо однокилевого вертикального оперения применено 
разнесённое двухкилевое с большими килями-шайбами. В процессе проектирования