轰-6K主要的改进就是动力系统，将WP-8涡轮喷气发动机更换为俄制D-30KP-2涡轮风扇发动机，并针对D-30KP-2的需求扩大了进气道，加长加粗了发动机舱。
动力系统的大换血，让轰-6K较之前的轰-6系列飞机有了更大的推力，更低的油耗，载弹量与航程得到了极大的提升。D-30KP-2发动机也能为机载设备提供更多的能源，使得轰-6K有条件安装复杂的火控系统、通信系统与电子对抗系统。而这些系统，也是轰-6K另一大改进方面。
火控系统方面，由于精确制导炸弹的普及，轰炸瞄准仪已经没有多少用武之地，所以轰-6K取消了机头的轰炸瞄准舱，改而安装了一部大型火控雷达。相较于轰-6H与轰-6M上的火控雷达，轰-6K的火控雷达作用距离更远，功能也更加全面;同时由于安装位置的变化，阻力更小，对飞行性能基本没有影响。轰-6K光学探测、瞄准手段则交给了机头下方的光电转塔，光电转塔通过不同通道，可以实现全天候全气象条件作战，既可以为精确制导弹药装订目标参数，也能引导轰炸机利用常规弹药对目标实施打击。
