1、提高了轰炸机的节油性能和航程。
轰-6K换装了低油耗、重量轻的D-30KP-2涡扇发动机，该型发动机已经成功应用在伊尔-76运输机上。为适应新的发动机，对进气道、尾喷等做了针对性重新设计和修形，发动机进气口明显增大，使推力增加了30%，耗油量减少20%。
2、提高了空地打击能力。
与轰-6相比，轰-6K的主体承力结构没有大改，但机翼下增加了外挂点，可挂载6枚长剑-10巡航导弹或KD88空地导弹，最大载弹量可达15吨，有效提高了单机和单次火力攻击密度。为了能够携带重达数吨、体积庞大的钻地弹，轰-6K将内部弹仓改为由大型可拆卸油箱组成的燃油舱，使之能够在钻地弹与油箱间进行选择，既具备钻地打击能力，又能满足执行其他任务的需要。
3、采用了最新电子设备。
对飞机的前机身进行了重新设计，使之变窄，变短。机头换上全封闭的流线形整流罩，加装了新型火控雷达和搜索雷达。取消了机头透明领航员舱和颌下雷达，改装为雷达设备舱，安装了新型前视红外探测装置和光学瞄准设备，加装了GPS+北斗卫星导航系统和标准数据链系统。为保证突防安全，轰-6上的机炮炮塔全部取消，尾部的无线电操作员舱也被取消，改为电子舱，换装成新型主动被动大功率电子干扰设备。
4、提高了驾驶的适用性。
轰-6K载员4人，共两排，每排两人，统一安排在机头。分别为驾驶、副驾驶、电子战/通信官和领航/轰炸官，全部前向乘坐，并安装了独立弹射座椅。进入座舱由前起落架改为由前机身左方开门进出。
5、操作大为简化。
飞机还换装了包括电子飞行、惯导、外挂管理在内的综合航电系统和玻璃化座舱，安装了6个彩色数字式多功能显示器，使操作大为简化。同时，还用电传操纵系统取代了原有的“硬式”助力操纵系统，不仅大幅减轻了飞行员的负担、提高了飞行品质，而且可节省很大的结构重量。
