Шасси и система управления были значительно улучшены. Усовершенствовано оборудование, в т.ч. установлен навига- ционно-бомбардировочный автомат ИБА. В связи со снятием с вооружения 6-тонных бомб реализовать грузоподъемность в 24 т стало невозможно, и ее снизили до 18 т. В грузоотсеке предусмотрели подвеску дополнительных баков одновременно с бомбами, а еще два ПТБ решили подвесить под крыло. Максимальная взлетная масса самолета превысила 200 т, при этом сохранилась длина разбега, что было обеспечено улучшением аэродинамики и увеличением тяги двигателей.
Эскизный проект самолета ЗМ и макет передней его кабины были представлены к защите в начале осени 1954 г. Опытный самолет N90201 построили в Филях с использованием агрегатов серийного М-4. Его сборка завершилась 30 октября 1955 г. Так как двигатели ВД-7 в то время находились в стадии испытаний и надежность их вызывала сомнения, полеты ЗМ решили начать, оснастив его двумя ВД-7 и двумя АМ-ЗА. Процесс наземных испытаний и отладки опытной машины занял довольно много времени. В воздух она поднялась с аэродрома ЛИИ только 27 марта 1956 г. под управлением экипажа М.Л.Галлая.
Первый полет прошел весьма драматично. Едва оторвавшись от полосы, самолет начал плавно, но неуклонно задирать нос. Прекратить это не позволила даже полная «отдача» штурвала. Еще несколько секунд, и многотонная машина свалилась бы. Тогда Галлай принял, пожалуй, единственно верное решение – убрать газ. Самолет умерил свой пыл, а остатка тяги хватило для набора высоты в 500 м. Летчик развернул машину и стал заходить на посадку, строго выдерживая скорость. Однако самолет проскочил точку касания и понесся над бетонкой. «Притереть» его удалось, только выпустив тормозные парашюты. На этом неприятности не закончились. На пробеге при интенсивном торможении отказала гидросистема, и пришлось переходить на аварийную. Огромной полосы аэродрома испытательного института хватило для благополучного завершения полета.
В июле на первом прототипе оба АМ-3 заменили на ВД-7. В октябре к испытаниям подключили второй летный ЗМ N90203 (самолет №0202 предназначался для статических испытаний). Он имел полный комплект оборудования и замки Дер5-48 для двух подкрыльевых баков емкостью по 6500 л.
ГСИ бомбардировщика ЗМ начались на самолете N90201 только в январе 1958 г., а через полгода в ГК НИИ ВВС поступила и машина №0203. Первый самолет использовался для определения летных характеристик, устойчивости и управляемости, а второй – для оценки оборудования и вооружения. Кроме этих самолетов, при проведении основной и специальных программ Госиспытаний использовались серийные машины №№0204, 0206, 0701 и 0705 (например, на 0206 испытывались катапультные кресла).
Существенно затянули сроки окончания ГСИ двигатели ВД-7 – на взлетном режиме наблюдались опасные автоколебания лопаток первых ступеней компрессора. Эту проблему решили, как говорится, в лоб. На ВД-7Б ограничили обороты, при этом максимальная тяга уменьшилась на 2000 кгс, и пришлось снижать взлетный вес за счет уменьшения запаса топлива. Прирост дальности по сравнению с М-4 составил уже не запланированные 25%, а всего лишь 15%, и главного конструктора обязали достичь необходимой дальности по мере отработки двигателя.
Во время испытаний был выявлен срыв потока на крыле, и ранее упраздненные внутренние гребни пришлось восстановить. Обнаружились и другие дефекты, потребовавшие срочного устранения. Однако в целом машина оказалась куда проще в управлении, ее конструкция и большинство систем надежнее, чем М-4, что было оценено по достоинству, и самолет посчитали пригодным для эксплуатации в ВВС. Фирменное обозначение ЗМ за ним закрепили в качестве официального.
Серийный выпуск бомбардировщика шел на заводе №23 в 1956-59 гг. По сравнению с М-4 новая «эмка» оказалась лучше отработана в технологическом плане, да и переоснащение предприятия уже завершилось, что позволило перейти от постройки одиночных самолетов к сериям. Первая включала 7 машин (№№0204- 0210), затем пошли серии по 5 самолетов.
В общей сложности в Филях построили 74 серийных ЗМ. Так как ВД-7Б выпускались в ограниченном количестве и в невысоком темпе, то с ними построили примерно половину бомбардировщиков, получивших обозначение ЗМН («Н» – новый двигатель). Остальные машины, получившие обозначение ЗМС («С» – старый двигатель), оснастили РД-ЗМ-500А(2*). Внешне самолеты почти не отличались (на ЗМС люки мотоотсеков соответствовали М-4, отсутствовали подкрыльевые держатели для ПТБ), однако при взлете верным признаком «эмок» с двигателями ВД-7Б был мощный коптящий выхлоп. Но это мало кого смущало, у добрынинских движков оказались куда более серьезные проблемы.
Серийные ВД-7Б производства уфимского завода №26 после кропотливой доводки имели ресурс всего 200 ч – в 6,5 раза (!) меньше, чем РД-ЗМ-500. Надежность их также была хуже, что вкупе с отсутствием чрезвычайного режима значительно снижало безопасность эксплуатации самолета и вызывало обоснованное недовольство заказчика. В 1960-е гг. часть ЗМН переоснастили РД-ЗМ-500.
По ходу выпуска в конструкцию машины внесли несколько крупных изменений, важнейшим из которых стало увеличение прочности планера за счет толщины панелей обшивки. На ЗМС N21101 установили новую штангу дозаправки. Впоследствии такую же штангу поставили на машинах №№1203, 1301 и 1302, а начиная с 15-й серии – и на все остальные ЗМ. С 1962 г. самолеты стали переоборудовать в заправщики по типу M-4-II, и они получили обозначения 3MC-II и 3MH-II.
