Produkcja i eksploatacja
W toku prób wprowadzono wiele zmian konstrukcyjnych, takich jak choćby zmiana podwozia z jednokołowego, na wózki. W kilku maszynach eksperymentowano również z podwoziami gąsienicowymi, z których jednak szybko zrezygnowano. Było to związane z faktem, że jedynie 3 lotniska w USA były w stanie przyjąć samolot z tak dużym naciskiem na podłoże, generowanym przez pojedyncze koła podwozia.

Łącznie powstały 384 maszyny różnych wersji. Część z starszych maszyn przebudowywano do innych wariantów. Koszt budowy jednego bombowca wynosił 4,1 mln dolarów (około 40,7 mln dolarów współcześnie). Produkcję rozpoczęto od budowy 22 maszyn w wariancie B-36A. Maszyny nie były uzbrojone, przez co w toku eksploatacji przerabiano je na inne wersje. W 1948 roku do produkcji wszedł wariant B-36B, posiadający uzbrojenie, ale początkowo nie był przystosowany do… przenoszenia broni nuklearnej. Wiązało się to z brakiem aktualizacji zamówienia z 1944 roku. Łącznie zbudowano 62 maszyny tego typu.
Równocześnie okazało się, że rozwój samolotów odrzutowych sprawił, że potężny bombowiec jest po prostu za wolny. W związku z tym zakłady CONVAIR zaproponowały zbudowanie nowej, ulepszonej wersji bombowca oznaczonej jako B-36C, wyposażonej w nowe silniki. Projektu nie zrealizowano ze względu na koszty i trudności techniczne.

Tymczasowym rozwiązaniem problemu okazało się wyposażenie B-36 w silniki odrzutowe, doczepiane w gondolach pod skrzydłami. Tak zmodyfikowane maszyny nazwano B-36D. Zamontowane w nich silniki pochodziło z projektowanego i wprowadzanego powoli do eksploatacji B-47. Pierwszą tak zmodyfikowaną maszynę oblatano 26 marca 1949 roku. Łącznie zbudowano 26 maszyn tego typu, oraz przebudowano 64 maszyny w wersji B-36B.
Podczas eksploatacji maszyn w tej wersji powstało określenie „six turning, four burning”, które z powodu problemów z silnikami z czasem zostało przerobione przez załogi w „two turning, two burning, two smoking, two choking, and two more unaccounted for.”

Lotnictwo strategiczne dysponowało w 1949 roku wystarczającą liczną maszyn, aby zacząć je wykorzystywać w regularnych ćwiczeniach oraz działaniach o charakterze obronnym. Uznano wówczas, że olbrzymie samoloty potrzebują dodatkowe wsparcia w postaci dedykowanych samolotów rozpoznawczych. W związku z tym zamówiono kolejną wersję maszyn w tym właśnie wariancie.
Nowe samoloty otrzymały oznaczenia RB-36B, RB-36D, RB-36E, RB-36F i RB-36H. Część maszyn budowano od podstaw, a część przebudowywano z samolotów seryjnych. Usunięto z nich wyposażenie luków bombowych i zamontowano aparaturę rozpoznawczą.

Równocześnie cały czas trwały prace nad kolejnymi wersjami bombowca. Głównie starano się zwiększyć osiągi silników. Najliczniej produkowaną wersją bombowca była odmiana B-36H. Łącznie powstało około 83 maszyn tego typu. Ostatnią wersją produkowaną seryjnie był B-36J, wyprodukowany w 33 egzemplarzach.
W latach 50. podczas walk w Korei użyto po raz pierwszy samolotów odrzutowych MiG-15. Ich pojawienie się sprawiło, że bombowce typu B-36 automatycznie stały się przestarzałe. Kolejną dużą wadą olbrzymich maszyn był brak możliwości tankowania w powietrzu. Gdy w 1955 roku pojawiły się prototypy B-52, uznano, że B-36 należy wycofać.

Proces wycofywania samolotów i ich złomowania rozpoczął się w lutym 1956 roku. Ostatni egzemplarz rozebrano 12 lutego 1959 roku. Pogrom przetrwały tylko 4 maszyny – drugi prototyp, przebudowany w toku eksploatacji do wariantu RB-36E, jeden RB-36H oraz dwa B-36J. Jeszcze jeden egzemplarz B-36J znajduje się w magazynach.
Wersje specjalne
W toku prac nad kolejnymi wariantami B-36 powstały dwa warianty, wyróżniające się swoim przeznaczeniem. Jednym z nich był GRB-36D. Samolot w tej wersji zamiast luku bombowego posiadał specjalne stanowisko w którym przewożono na wysięgniku samolot myśliwski GRF-84F Thunderstreak.

Łącznie przebudowano do tego wariantu 10 maszyn. Ich zadaniem miało być początkowo przenoszenie samolotów myśliwskich, które miały zapewniać osłonę podczas misji nad terytorium ZSRR. Pomysł ten nie spotkał się jednak z aprobatą, więc przekonstruowano samoloty tak, aby mogły przenosić rozpoznawcze wersje F-84F.
Projekt ten chociaż udany, nie zyskał popularności ze względu na wprowadzenie do służby samolotów typu U-2 i pojawienie się pierwszych satelitów rozpoznawczych.

YB-60 – wariant odrzutowy
Zdając sobie sprawę z niskiej prędkości B-36, na początku lat 50. w zakładach CONVAIR zbudowano wersję wyposażono w silniki odrzutowe – YB-60. W swój pierwszy lot maszyna wzbiła się 18 kwietnia 1952 roku.
Samolot ten posiadał większość elementów konstrukcyjnych z samolotu B-36. Po spędzeniu w powietrzu 66 godzin z projektu zrezygnowano, w związku z trwającymi już pracami nad innymi, bardziej perspektywicznymi bombowcami o napędzie odrzutowym. Koszt budowy prototypu wyniósł 14,3 mln dolarów (czyli około 128 mln dolarów współcześnie). Prototyp zezłomowano w 1954 roku.

NB-36H – samolot o (prawie)napędzie nuklearnym
Kolejnym wariantem który zaprojektowano był NB-36H. Samolot ten miał służyć do badań nad lotniczymi reaktorami nuklearnymi. Zakładano, że jeśli projekt zostanie zrealizowany, powstaną samoloty, których napęd będzie stanowił reaktor nuklearny. Tym samym maszyny miałyby prawie nieograniczony zasięg.
Prace nad samolotem rozpoczęto w 1953 roku. Maszynę należało nie tylko przystosować do przenoszenia reaktora o mocy 1 MW ale również wyposażyć w osłony przed promieniowaniem.

Do 28 marca 1957 roku wykonano 47 lotów o łącznym czasie 215 godzin, w tym 89 godzin z włączonym reaktorem. Przez cały czas prób reaktor nie służył do napędu. Niestety okazało się, że poziom promieniowania generowany przez urządzenie jest zbyt duży, nawet mimo zastosowania ciężkich osłon.
Dodatkowym problemem było bezpieczeństwo lotów. W przypadku katastrofy mogło dojść do eksplozji reaktora i skażenia radioaktywnego. W obawie przed tym, podczas lotów NB-36H cały czas towarzyszył C-97 z oddziałem Marines, którzy mieli zabezpieczyć ewentualne miejsce katastrofy samolotu. Z programu ostatecznie zrezygnowano.
