Название комплекса К-20 и ракеты Х-20 имели в своей основе предполагавшееся первоначально армейское обозначение самолета "95" – Ту-20, не принятое для самолета в связи с тем, что к принятию на вооружение самолета Ту-95 были подготовлены и выпущены горы технологической, эксплуатационной и прочей документации с индексом "95" и решено было оставить название Ту-95 в соответствии с реестром ОКБ-156. Индекс "20" сохранился в названии комплекса, ракеты и системы управления. В конце 50-х годов информация о комплексе К-20 просочилась на Запад и там достаточно долго в печати Ту-95 обозначали как Ту-20 (что было не так уж далеко от истины).
Проектирование самолета Ту-95К началось весной 1954 года. Эскизный проект был подписан Туполевым 26 октября 1954 года. Через год был подготовлен и согласован с заказчиком макет самолета. Изменения коснулись передней герметической кабины и грузоотсека, перекомпонованного для размещения в полуутопленном положении ракеты Х-20. Была изменена конфигурация фюзеляжных топливных баков и введен один дополнительный топливный бак для питания силовой установки Х-20.
В носовой части кабины теперь располагалась двухантенная радиолокационная станция "ЯД" слежения и наведения ракеты Х-20 на цель. В грузоотсеке был размещен балочный держатель БД-206, предназначенный для транспортировки и пуска ракеты. В полетном положении БД-206 вместе с ракетой был поднят, а носовая часть X- 20 закрыта обтекателем. При пуске балочный держатель с ракетой опускался и ракета стартовала с самолета. После пуска ракеты грузоотсек закрывался створками. Продувки моделей, проведенные в ЦАГИ, показали, что аэродинамическое качество самолета с подвеской уменьшается при полете на крейсерском режиме всего на 3%, а характеристики устойчивости и управляемости практически не менялись по сравнению с Ту-95. Последующие летные испытания самолета с подвеской подтвердили эти результаты.
Подвеска Х-20 потребовала значительной переделки фюзеляжа самолета, увеличив его грузовой отсек. Эта переделка затрагивала ряд силовых элементов конструкции фюзеляжа и нарушала его силовую схему. Задача проектирования нового грузоотсека оказалась довольно сложной, помимо расчетов потребовалось проведение ряда экспериментальных работ, в том числе изготовление специальной упруго-подобной модели из плексигласа для определения силовых потоков, возникающих в измененных силовых элементах. Подобные методы с упруго-подобными моделями были предложены A.M. Черемухиным и затем часто использовались в ОКБ-156, когда приходилось иметь дело со сложными силовыми конструкциями (например упруго-подобная модель центральной балки Ту-160).
