轟-6K轟炸機是目前轟-6轟炸機的最新型號，是在轟-6H基礎上改裝而來的，又稱“戰神轟炸機”。也是中國核三位一體的重要組成部分。 轟-6K的問世，使其一躍成為中國空軍進攻作戰的核心力量，更讓中國空軍繼火箭軍之後成為中國第二支可靠的戰略打擊力量。轟-6K轟炸機，是我國自主研發的新一代中遠程轟炸機，具備遠程奔襲、大區域巡邏、防區外打擊能力，由於改進了發動機和武器、雷達等系統，因此飛的更遠，打擊的範圍更大、打擊精度也更高。
一般估計，轟6K最大起飛重量由轟6的76噸增加至約95噸，正常載彈量由轟6的3噸提高至9噸，最大航程由轟6的5800公里提高至超過8000公里，作戰半徑由2000餘公里擴大至超過3000公里，轟6K的最大突防速度應該維持在0.8倍音速左右。改進型轟6K掛載6枚長劍10巡航導彈，導彈空射型重量約2噸，6枚彈重大約12噸。長劍20的有效射程在1500-2500公里之間，戰鬥部重量約為500千克，採用慣導+北斗衛星導航+地形匹配+末端景象匹配的複合制導方式，命中精度達到CEP10米，其打擊能力與美軍最新的戰斧4巡航導彈相若。
轟-6K戰略轟炸機是中國自行研製的新型轟炸機，它是在原轟-6系列轟炸機的基礎上改進發展而來。加拿大《漢和防務評論》雜誌認為，掛載6枚射程1500公里的長劍-10空射巡航導彈的轟-6K已經具備戰略轟炸機的某些特點，與轟-6家族基礎型號相比，向前邁進一大步。雖然從航程和載彈量上講，轟-6K與世界先進戰略轟炸機相比存在較大差距，但轟-6K具備對美國關島實施航空突襲的能力，具有重要戰略意義。不過這種說法也有漏洞：轟-6本身就已經是戰略轟炸機了，《One Hundred Years of World Military Aircraft》作者特地稱圖-16“標誌著蘇聯空軍進入噴氣戰略轟炸機時代”。
轟-6K“戰神”轟炸機據稱是攜帶遠程巡航導彈的新型轟炸機，改進了火控系統。“戰神”的代號來自於該機在我空軍體系中的重要戰略位置。該機據信可攜帶長劍-10巡航導彈。
戰略轟炸機一般是指用來執行戰略任務的中、遠程轟炸機。它是戰略核力量的重要組成部分，是大當量核武器主要運載工具之一。它既能帶核彈，也能帶常規炸彈；既可以近距離投放核炸彈，又可遠距離發射巡航導彈；既可做戰略進攻武器使用，在必要時也遂行戰術轟炸任務，支援陸、海軍作戰。
網絡流傳的中國轟-6K改進型轟炸機，發動機進氣口明顯比老轟-6增大，原因很可能是改用了俄製D30-KP-2渦扇發動機或國內仿製D30發動機的國產WS-18渦扇發動機。D30-KP-2渦扇發動機耗油比原來的WP-8渦噴發動機小，可以增大轟-6K的航程。至2010年末，D30-KP-2發動機的交付工作進展順利。據公開報道，轟-6K換裝了和運-20大型運輸機一樣的D-30KP-2渦扇發動機，使得轟-6K最大航程也從5800公里增加至9000公里以上。
外國媒體推測轟-6K的作戰範圍，稱美國在太平洋的主要軍事基地，如關島、日本、韓國、珍珠港均在其打擊範圍之內。為什麼要研製轟-6K呢？實際上，從上世紀90年代以來幾場局部戰爭，B-52轟炸機及其掛載的巡航導彈一直起到開路先鋒的作用。B-52從美國本土起飛，在高空巡航飛向目標，距目標數百公里處低空發射巡航導彈後，轟炸機按原路返航，通過不同平臺發射的巡航導彈進行集中、多批次攻擊，有力地打擊對方的各種軍事目標，降低了對方的作戰效能。在科索沃戰爭，這種打擊甚至擴展到對其國民經濟重要部門和部位的打擊，從而動搖對方抵抗意志。為此，美國空軍曾經提出利用空射巡航導彈對敵方重要目標進行遠距離廣泛和連續打擊，摧毀對方維持戰爭的能力和潛力，實現所謂的“非接觸”作戰。而機載平臺最大的優點就是可以長時間滯留在空中，防止對方的突然攻擊，同時也可以迅速抵達戰區附近進行示威飛行，迫使對方放棄作戰意圖，從而達到不戰而屈人之兵的效果。正是因為如此，美國空軍決定B-52繼續服役到2030年以後，屆時該機將達80歲高齡！
經濟實力雄厚的美國空軍尚且如此，我國空軍恐怕更無法通過全部更新作戰平臺來提高現有作戰體系的效能，在國產長劍-10巡航導彈裝備部隊以後，為轟-6改裝巡航導彈延長其使用壽命就成為一個理想的選擇，也就是通過兩種已有的武器裝備進行有效整合，達到增強現有作戰體系的目的，而為轟-6加裝巡航導彈的花費顯然要遠小於研製新型戰略轟炸機或者引進逆火式轟炸機的費用，並且長劍-10通過改進可以發展成陸射、艦射和潛射等多種型號，從而滿足不同軍種對遠程打擊能力的需要，形成連續、嚴密的火力打擊體系。這樣的投入，實在有事半功倍之效。
不過就轟-6本身來說，並不是一個合適的空射巡航平臺。該機最大缺點就是採用的渦噴-8發動機，推力小，耗油量大，加上機身彈艙容量較小、載彈量小、航程近，因此飛機掛載巡航導彈的時候只能採用阻力較大外掛方式，這樣，轟-6的缺點就變得更加突出。此外，儘管經過多次改進，轟-6的航電系統仍舊比較落後，缺乏較為完善航電、火控及外掛管理系統，所以我國空軍才會決定為轟-6換髮動機，這就是傳說中的轟-6K。該機實際上可以看做我國空軍的巡航導彈載機。實際上，美國空軍也有為B-52轟炸機換髮的想法。據悉，轟-6K用兩臺D-30KP-2發動機替代了原來的渦噴-8發動機，從技術上來講，D-30KP-2並不代表著現代航空發動機的最新水平，但其各項指標比渦噴-8相比，提高還是非常明顯的。比如渦噴-8最大推力在93千牛左右，重量為3230公斤；而D-30KP-2達到107千牛，重量卻只有2300公斤左右；耗油量渦噴-8在1左右，而D-30KP-2只有0.5—0.7。兩者尺寸相差不大，渦噴-8長為5.31米，直徑為1.4米；而D-30KP-2長度在5.7米，直徑最大為1.5米。因此，只需要將轟-6的發動機短艙和進氣口適當加大，就可以滿足換裝D-30KP-2的需要。
由於發動機性能的增加，有效增加了飛機的性能，為飛機增加載荷打下了堅實的基礎，所以轟-6K在機翼增加了4個掛架，從而讓其巡航導彈掛載數量增加至6枚，有效地提高飛機的單機和單次攻擊火力密度。另外，我國航空電子系統技術水平發展較快，可以為轟-6K換裝備包括電子飛行、慣導、外掛管理在內的綜合航電系統和玻璃化座艙，從而進一步提高其作戰能力。
值得一提的是，攜帶6枚長劍-10巡航導彈時，轟-6K飛機的最大作戰半徑在3000公里左右，可打擊4500公里外的地面固定目標。我軍轟炸機從陝西機場起飛，與關島、新加坡、印度中部、俄羅斯歐亞交界線等地區距離均在4000公里左右，這意味著隨時可以出動對這些地區進行打擊。當一個轟炸機團18架轟炸機出動時，可以一次向戰區發射108枚巡航導彈。根據美軍戰斧導彈使用情況統計，摧毀一個發電廠、指揮控制中心之類的重要目標需要發射7枚導彈。這意味著一個轟炸機團一次出動可以摧毀15個左右的戰役目標。美軍在琉球群島上共有39處重要軍事設施，轟炸機團一次就可以摧毀其半數，極大削弱沖繩基地運作能力，為後續攻擊機群打開空襲通道。
據分析，中國空軍和海航最先進的轟-6版本當屬2007年公開的轟-6K“戰神”，它用俄羅斯提供的D-30 KP2渦扇發動機替換掉老式渦噴發動機，作戰半徑由2200公里大幅增加到3000公里，且機頭換上全封閉的流線形整流罩，加裝多功能雷達。
米德蘭集團特約軍事評論員耶菲姆·戈登表示，轟-6K可掛載長劍-10巡航導彈的空射型，射程2000公里，“該導彈外形與美國AGM-86和俄羅斯Kh-55巡航導彈相似，制導方式也可能使用慣性加衛星制導，精度可能在10米左右”。戈登還稱，轟-6K可外掛6枚巡航導彈，機身彈艙內還可掛1枚，儘管無法與美國B-52H、B-2以及俄羅斯圖-160轟炸機的載彈量媲美，威懾力仍不容小覷，因為世界上再無其他戰機有類似能力。更有說法稱，轟-6K的超遠航程配合遠程巡航導彈，已將印度、日本、澳大利亞、關島乃至夏威夷都納入覆蓋範圍，具備可觀的戰略威懾和戰略打擊能力。此外，轟-6K在不使用巡航導彈的場合，則可掛載20枚500公斤級衛星或激光制導炸彈，具備強大的精確戰術打擊能力。
就未來20年的作戰環境而言，可發射遠程巡航導彈的轟-6仍是中國應對美國及其盟友強大海空突擊力量最有效的手段。戈登認為，隨著轟-6K裝備部隊，解放軍實際上具備了對關島以西的區域進行精確打擊的能力。更重要的是，中國可能在巴基斯坦的幫助下獲得了美國“戰斧”巡航導彈的技術，從而使國產巡航導彈的命中精度更加優良。他認為，“中國是迄今為止惟一同時獲得俄美兩國巡航導彈樣品的國家，掌握上述兩種導彈不同的技術竅門”。
中國空軍主要將轟—6K當作“巡航導彈發射機”，可供它掛載的是2012年公開的長劍—10陸基巡航導彈，射程可達2000公里，制導方式可能使用慣性加衛星制導，精度可能在10米左右 。轟—6K可掛6枚遠程巡航導彈，機身彈艙內還可掛1枚，其威懾力不容小覷。而且，在轟—6K不掛載遠程巡航導彈的情況下，也可掛載20顆500千克級衛星或激光制導炸彈，具備強大的精確戰術打擊能力。
戰略戰役方面，轟6K具備了遠程奔襲、大區域巡邏、防區外攻擊（核與非核）能力，其作戰模式選擇多、完成任務的種類多、打擊目標多、機動靈活，在和平時期是不可小覷的震懾力量。轟6K的作戰半徑可達3500公里，加上攜帶射程為1500~2000公里的戰略巡航導彈，其對戰略目標的攻擊距離就達到了4000 5000公里（最低標準）。轟6K由於突防能力不強，只適合作為導彈平臺在防區外實施打擊。轟6K可以在海上，甚至是中國本土範圍內就可對周邊敵對國家及地區的本土實施縱深打擊。
戰術戰役方面，冷戰時期，戰略轟炸機只作為威懾力量的核盾牌，常規戰鬥力較弱，有的根本沒有常規轟炸能力，像美國B-58“盜賊”（也正是這一點它才匆忙退役）和蘇聯圖-95MS（俄羅斯計劃改進以具備戰術能力）等。現今戰略轟炸機不僅可以執行戰略任務，也可以執行戰術任務，精確制導武器出現，使其打擊目標能力大大增加，轟6K也具備這種的能力。目前已經至少有15架服役。