轰-6D装备了自检测甚/超高频电台，具有多频段多功能的优点，并可预选20个波道。在主波道通信同时，能预设救生频率进行信号接收联络，也可自动应急发射呼救信号。通信系统中配备的短波电台、救生电台(每个乘员配备)和机内通话器等设备，可以保证在飞行中飞机与飞机、飞机与地面之间中、近距离的指挥联络和远距离通信联络，机组能用机内通话器进行封闭式通话。D型气密舱增压和加温用的空气，由发动机压缩机供给的。仅有一台发动机工作时，也能保证供空气。如飞机座舱受损引起舱压降低，能手动调节气压。在低空飞行时座舱内自然通风，前后座舱均设有专门系统。为了防止结冰，在机翼、发动机、尾翼以及驾驶员座舱玻璃、领航员瞄准玻璃等部位均有电热或气热加温装置。该型号采用了WQJ-1型发动机起动机。目前轰-6D已经出口。
D型装备了弹舱投放/导弹外挂发射系统互联的联合火控系统，能自动搜索跟踪选择的攻击目标，测量、实时计算目标相对运动参数，以令指挥仪发出准确指令，实施对目标的自动攻击或轰炸任务。使用的主要武器为鹰击6号空舰导弹，出口称C-601。该弹1966年随空舰导弹“371工程”立项，当时名为“风雷一号”，由三院在海鹰2号反舰导弹基础上进行改进研制。随后确定了由轰-6丁携带两枚鹰击6号的全作战系统方案，全系统主设计师为路史光同志。1979年，模拟试验顺利进行，ZJ-6指挥仪、自动驾驶仪和弹载773甲多普勒雷达相继进行对接试验，并成功进行了试射，当时发现773甲和机载773雷达相互干扰。1981年在遥测实弹打靶中取得四发四中的可喜成绩，飞行性能良好。1983年，鹰击6号获得国家科工委批准定型，并进行了部分指标调整。站长认为当时可能是针对反舰导弹技术的发展变化，加强了鹰击6号的低空突防性能。1986年C-601成功外销，在两伊战争中完成了多次实战任务。
C-601反舰导弹飞行速度约M0.9，采用中段自控加末段雷达主动制导，射程约150千米，飞行速度M0.9，平飞高度50、70、100米;弹重2440千克，长7.36米，弹径0.76米，翼展2.4米，战斗部380千克，采用液体火箭发动机，弹体内有推进剂箱和氧化剂箱。
轰-6丁可在1000到9000米高度之间投放该弹。投放后导弹自由下落至850米高度，发动机点火，于500米高度改平;至预订射程时弹载多普勒导航雷达关机，末制导雷达开机捕获目标;随后导弹开始俯冲，命中后三个触发引信起爆战斗部，摧毁敌舰艇目标。
两发齐射间隔5～15秒，对于当时的舰艇来说，这一时间间隔足以导致舰空武器系统缺乏足够的反应时间拦截第二枚导弹。
后期改进
据称后期生产的轰-6甲(也可能是改进后的丙型)部分改造为轰-6F改进型，主要调整了主仪表板和辅助仪表板，增加了惯导设备的控制显示部件和状态选择部件。增加了惯性导航系统、GPS定位导航、导航信息处理机，换装领航仪和航向联系盒。从而组成了惯性导航、GPS导航和多普勒导航三种导航分系统，互相交联配合，可与轰炸瞄准系统交联，实施自动瞄准轰炸。该系统采用了卫星导航技术、卡尔曼滤波技术、多余度组合导航技术，导航功能强、精度高、工作可靠性好，可以实施远距离自动导航、机动瞄准和在复杂气象条件下实施低空激动突防。因此该改型具备了原距离、远海导航轰炸能力，解决了轰-6飞机难以遂行远海作战的问题。取消了不必要的背部和机头航炮，并采用了蓝灰色低可视性涂装。甚至有一架轰-6被用于提高隐身性的研究试验，进行了一定的改装。
为改善轰-6的航程、发动机寿命等性能，西飞于1970年提出了深入改进的轰-6I方案。这一方案非常大胆，采用四台英国“斯贝”512-5W涡扇发动机(FBC-1也采用了当时引进的“斯贝”涡扇发动机)代替原有的两台涡喷-8发动机。其中两台布置在原涡喷-8的位置，另外两台在机翼下吊挂。轰-6I航程从原型的5760千米猛增至8060千米，海平面爬升率从原型的18.6米/秒提高到29.7米/秒，效果显着。但由于大量改进现有的轰-6成本太高，而且“斯贝”发动机的数量和后勤维护很成问题，轰-6I方案被放弃。 轰-6还衍生了其他一些小改型，如无人靶机母机和轰电-6电子战改型。
