Фоторазведчик Ту-16 (обозначение по ОКБ «73Р» или «78») создавался на базе Ту-14. Первоначально он имел обозначение Ту-30 и отличался от самолёта «73» увеличенным книзу грузоотсеком, в котором должны были находиться фотооборудование и дополнительный топливный бак. В дальнейшем облик машины несколько изменился: она получила удлиненную носовую часть фюзеляжа и центральную часть с увеличенным миделем, удлиненные створки грузоотсека, управляемую заслонку воздухозаборника третьего двигателя, измененную носовую опору шасси, увеличенные основные топливные баки. Имелись у разведчика и более мелкие отличия от бомбардировщика, однако в целом конструкции самолётов были очень близки.

Самолет «78» (Ту-16) предназначался для разведки войскового и оперативного тылов противника днем и ночью. Действовать он должен был преимущественно с больших высот и на больших скоростях, что в сочетании с мощным оборонительным вооружением, идентичным Ту-14, позволяло рассчитывать на успешное выполнение разведки объектов, сильно защищенных ПВО.

Рабочее проектирование самолета «78» (Ту-16) туполевцы завершили в феврале 1948 г. В его специальное оборудование включили дневные фотоаппараты для планово-перспективной съемки АФА-33/100 и АФА-33/75 {или АФА-33/50). Их разместили на качающихся установках около задней гермокабины, обеспечив доступ в полете для устранения отказов и замены кассет. Под верхней стрелковой установкой отвели место плановому фотоаппарату АФА-33/20 и перспективному АФА-БА-40. На подвижной установке в задней части грузоотсека решили установить 2 ночных фотоаппарата НАФА-3с. В дневном варианте в грузоотсеке находился дополнительный топливный бак, а в ночном вместо него должны были устанавливаться кассеты на 15 осветительных бомб ФОТАБ-35/50. Прицеливание при их сбрасывании производилось штурманом через прицел ОПБ-4с. При необходимости самолёт «78» (Ту-16) можно было быстро переоборудовать в бомбардировщик с максимальной грузоподъемностью до 3000 кг.

17 апреля 1948 г построенный на заводе №156 опытный самолёт с двигателями «Нин» и «Дервент-б» перевезли в Жуковский для проведения заводских испытаний, которыми руководил ведущий инженер М.М,Егоров, 24 апреля была проведена первая рулежка, а 7 мая летчик-испытатель Ф.Ф.Опадчий совершил на этой машине первый полет.

Летом 1948 г самолёты «73» и «78» готовили к показу на традиционном воздушном параде в Тушино. 14 июля во время генеральной репетиции у туполевского разведчика, который пилотировал Ф.Ф.Опадчий, оторвался весовой балансир руля направления, попавший в крыло шедшего сзади Як-23. Полуплоскость крыла истребителя оторвалась, и самолет начал падать, вращаясь вокруг своей оси. Крышку фонаря кабины пилота сорвало, летчика-испытателя М.И. Иванова выбросило из кабины, и он погиб при ударе о землю. Из-за этого инцидента «семьдесят третья» и «семьдесят восьмая» машины были сняты с парада.

С 22 сентября по 21 октября на самолёте «78» (Ту-16) провели доводочные работы по заслонке воздухозаборника заднего двигателя. Это задержало окончание заводских испытаний, которые завершились только 28 декабря. За время их проведения было выполнено 40 полетов общей продолжительностью 25 ч 6 мин. 19 февраля 1949 г самолёт «78» (Ту-16) в варианте ночного фоторазеедчика был принят ГК НИИ ВВС на Госиспытания. Они проходили по сокращенной программе, которая предусматривала проверку работы фото- и светотехнического оборудования, а также возможностей использования фотобомб. Испытания проводили летчик-испытатель П.М.Стефановский и штурман-испытатель И.П.Цветков.

В заключении ГК НИИ ВВС говорилось, что:
- ночное фото- и светотехническое оборудование обеспечивает лишь одиночное фотографирование, так как система управления сбросом фотобомб не позволяет производить маршрутное фотографирование;
- самолёт имеет лучшие, чем самолёт «73». условия работы летчика и штурмана, благодаря увеличенным размерам передней герметической кабины;
- по технике пилотирования самолёт практически не отличается от самолёта «73» и доступен летчикам средней квалификации;
- максимальная горизонтальная скорость полета уступает скорости самолёта «73» на 32 км/ч;
- самолет «78» (Ту-16) может быть использован только на аэродромах с искусственным покрытием, имеющих открытый подход и размеры не менее 2,5 км.

ГК НИИ ВВС рекомендовал устранить все отмеченные дефекты по фотооборудованию. Его доводка затянулась, пока все работы по самолет «78» (Ту-16) не были прекращены Постановлением Совмина от 14 мая 1949 г. Впоследствии самолет «78» (Ту-16) использовали в качестве летающей лаборатории для испытаний экспериментальных летательных аппаратов и отработки методики бескатапультного покидания тяжелых реактивных самолетов.

Существовал и другой проект модификации самолета «73» в разведчик — с двумя ТВД, которые устанавливались на крыле вместо РД-45. Этот вариант получил обозначение самолёт «84» и рассматривался в 1948-1949 гг. В качестве основных двигателей на нем предполагалось использовать два ТВД ВК-2 конструкции В.Я.Климова с максимальной мощностью 4200-4800 л.с., третий двигатель — ТРД ВК-1. Поскольку первый отечественный ТВД ВК-2 доводился очень долго, Туполев не рискнул выходить с этим проектом «наверх» до завершения испытаний двигателя. И оказался прав — в серию ВК-2 не пошёл.