По сравнению с серийным Ту-4 на самолете "80" были проведены следующие конструктивные изменения, при которых устранялись недостатки в компоновке последнего, повышалось аэродинамическое качество самолета и усиливались его наступательный и оборонительный потенциал.
Была сделана новая герметическая кабина с фонарем летчиков по типу пассажирской модификации Ту-4 самолета "70" (Ту-70). Передняя кабина была удлинена на 3 м, форма носка фюзеляжа сделана более острой и меньшей по диаметру. Бомбовые отсеки и их створки удлинены: передний на 0,33 м, задний на 0,4 м. В целом длина фюзеляжа была увеличена, по сравнению с Ту-4, почти на 4 м. Для самолета "80" были введены новые уменьшенные зализы центроплана с фюзеляжем и стабилизатором. В новой компоновке самолета обеспечивалось размещение всей ведущей части экипажа в передней ка-бине,для чего радиооператор РЛС был перемещен из средней кабины в переднюю, чему способствовало перемещение самой РЛС в переднюю часть фюзеляжа. В этом же отсеке кабины за сиденьями летчиков находились бортинженер и радист. Два штурмана (бомбардир и навигатор), размещались в самом носу самолета, что позволяло обоим иметь визуальный обзор. Однако наиболее важной новацией в компоновке передней кабины было внедрение ступенчатого фонаря для командира корабля и второго пилота, что полностью решало проблему обзора, весьма остро стоявшую на Ту-4. В средней кабине находились верхний и два бортовых стрелка, в кормовой, как и на Ту-4 -кормовой стрелок. Все кабины на самолете, как и на Ту-4, герметические.
Пушки в системе оборонительного бортового вооружения были заменены с Б-20 на НС-23 (НР-23) и число их было уменьшено с 11 до 10, по сравнению с первыми Ту-4. В дальнейшем система с новыми пушками НС-23 была внедрена и на Ту-4. В каждой из пяти установок имелось две пушки с боезапасом: для ВПУ, ВЗУ и НЗУ - 250-275 снарядов на ствол, для НПУ - 200-250, для КДУ - 500. Это способствовало значительному повышению обороноспособности самолета по сравнению с первыми сериями Ту-4. В связи с изменением расположения экипажа, была изменена схема бронирования, общая масса бронирования составляла 863 кг. Максимальная бомбовая нагрузка была доведена до 12000 кг, при нормальной - 3000 кг. Предусматривалась подвеска в средней части фюзеляжа под центропланом фугасной авиабомбы типа ФАБ-9000. В комплект бомб, располагавшихся в гру-зоотсеках, предполагалось также ввести бомбу типа БРАБ-6000, а при действии на морских театрах военных действий мины, торпеды, в том числе, и новые реактивные торпеды типа А-1.
