Одновременно с работами но самолёту «106» (Ту-106) с двигателями НК-6 прорабатывался его вариант с двигателями НК-10 максимальной взлетной тягой 26000 кгс. Постепенно работы над ним выделились в самостоятельную тему «125» (Ту-125) и в перспективе, предполагали создать дальний ударный самолёт, способный летать более чем в полтора раза быстрее, чем Ту-22. Примерно до 1958 г работы шли в рамках проекта «106», ограничиваясь переделкой базовой конструкции под НК-10. В 1958 г. начались научно-исследовательские работы по определению облика нового дальнего сверхзвукового ударного самолёта, способного в будущем заменить семейство Ту-22. Ставилась задача создания машины с дальностью в несколько тысяч километров на сверхзвуке. На дозвуковом режиме дальность должна была увеличиться примерно на треть. Самолёт рассчитывали на максимальные скорости М=2,5-3,0, при этом предусматривался длительный полет со скоростью М>2,5.
Новый проект «125» (Ту-125) стал как бы преемником варианта «106» 2НК-10. Расчеты показали, что для получения заданных лётных характеристик, в частности, сверхзвуковой дальности, необходимо увеличить аэродинамическое качество на сверхзвуке не менее чем до шести при сохранении вдвое большего значения на дозвуке. При нормальной взлетной массе самолёта 100-125 т требовалась силовая установка с взлетной тягой не менее 40000 кгс и с удельными расходами топлива на сверхзвуковом крейсерском режиме значительно меньшими, чем на Ту-22 с ВД-7М. Поскольку самолёт «125» (Ту-125) должен был совершать длительный крейсерский полет на больших сверхзвуковых скоростях, то неизбежно вставал вопрос об используемых материалах, так как конструкция планера из традиционных алюминиевых сплавов уже не удовлетворяла температурным режимам на этих скоростях. Речь шла о применении традиционных сплавов в сочетании со сталью и титаном в наиболее нагруженных и теплонапряженных элементах конструкции.
Требовалось создать целый комплекс сложнейших систем оборудования и вооружения, способных обеспечить высокую эффективность применения создаваемой ударной авиационной системы. Рассматривались несколько десятков вариантов возможных компоновок самолёта «125» (Ту-125), подверглись анализу много вариантов силовых установок на основе существовавших и перспективных двигателей. В конце концов, основываясь на собственных исследованиях, работах ЦАГИ и зарубежном опыте, для «125» (Ту-125) в ОКБ выбрали схему «утка». Работа но проекту, первоначально начавшаяся как развитие семейства «105» (Ту-22), постепенно перешла в проектирование ударной стратегической системы на базе сверхзвукового однорежимного самолёта, но основным лётным характеристикам близкого к проекту «135», но с меньшими взлетной массой и дальностью полёта. (С начала 60-х годов работы по ним шли одновременно, и поэтому их основные компоновочные решения были очень близки.) Речь шла о создании дальнего ударного самолёта, оптимизированного на длительный полет к цели и прорыв ПВО противника на больших высотах с высокой сверхзвуковой скоростью, вооруженного обычными и ядерными бомбами и управляемым реактивным оружием (самолеты-снаряды и баллистические ракеты воздушного базирования).
Проект прорабатывался в вариантах бомбардировщика, ракетоносца, разведчика, дальнего перехватчика и самолёта ПЛО быстрого реагирования, предназначенного для оперативного уничтожения атомных подводных лодок. В ОКБ подготовили аванпроект и вышли с предложениями по «125» (Ту-125) в ВВС, но поддержки не получили. Самолёт «125» (Ту-125) с двигателями НК-6 должен был иметь крейсерскую сверхзвуковую скорость 2650 км/ч, практическую дальность полёта на этой скорости 4800-6000 км, на дозвуке дальность увеличивалась до 7000-9000 км, практический потолок достигал 20500 м.
Работы по проекту «125» (Ту-125) шли параллельно с самолётом «135» (Ту-135) примерно до середины 60-х годов - до тех нор, пока взгляды на дальние и стратегические авиационные системы окончательно не склонились в пользу создания дальних многорежимных ударных самолётов. Их практической реализацией стало создание многорежимного дальнего бомбардировщика-ракетоносца Ту-22М, а затем и многорежимного межконтинентального Ту-160. Не последнюю роль в прекращении работ по «125» (Ту-125) сыграла переориентация в 60-е годы советского военно-нолитического руководства на массовое развертывание стратегических ракетных комплексов наземного и морского базирования, а также большая степень технического риска, связанного с применением в проекте «125» новейших материалов и технологий.
