在B-52H的每个机翼下方，可以通过特殊设计的挂架挂载6枚AGM-86空射巡航导弹。该导弹搭载有可调当量的W80-1热核弹头。机腹弹舱内的通用战略旋转发射架上可以额外挂载8枚AGM-86空射巡航导弹
通用动力公司研发的AGM-129A先进巡航导弹（ACM）仅由B-52H挂载，这种导弹重达3500磅（约1588千克），是一种具备高生存率的远程防区外战略武器。该导弹的全面研发工作始于1983年，1987年交付了第一批生产型导弹。该导弹采用了隐身技术，包括前掠的弹翼和埋入式发动机进气口（发动机为威廉姆斯国际公司研制的F112-WR-100涡扇发动机），这降低了导弹的雷达散射截面积，从而提高了其突破敌人防空系统的能力。通过整合激光雷达系统，提高了导航精度。AGM-129A先进巡航导弹携带有一枚W80-1热核弹头，射程超过2300英里（约3701千米）。“同温层堡垒”只能在外部挂载AGM-129A先进巡航导弹，其每侧的机翼挂架上最多可以挂载6枚该型导弹。尽管计划用来取代AGM-86B，但美国最终只生产了478枚AGM-129A。根据限制战略核武器条约的相关规定，美国方面最终于2007年做出了退役该导弹的决定。最后一批AGM-129A先进巡航导弹于2012年在新墨西哥州的科特兰空军基地被销毁。
B-52H目前配备的唯一核武器是AGM-86B空射巡航导弹，该导弹将由远程防区外（LRSO）武器取代。远程防区外武器的研发工作始于2017年8月，当时美国空军分别向洛克希德•马丁公司和雷锡恩公司授予了价值9亿美元的技术成熟度和降低风险（TMRR）合同。这种新型巡航导弹是为了突防先进的一体化综合防空系统并生存下来而设计的，它将配备一枚当量为5千吨至15万吨的W80 Mod 4热核弹头。这种导弹将能够在GPS受限的环境下使用，并且为美军提供“巡航导弹突防打击能力”至2060年。导弹的最终设计将在2022年确定，预计远程防区外武器将在空射巡航导弹退役之前（2030年前后）达到初始作战能力。
这架B-52G轰炸机正在发射一枚AGM-86B空射巡航导弹，照片摄于1979年11月。目前来看，在B-52轰炸机的武器清单中，AGM-86B空射巡航导弹是服役时间最长的核武器
未来的武器
B-52H被认为是目前美军正在研发的高超音速武器的发射平台。美国空军计划，通过研制新的外部武器挂架来将B-52H的外部载弹量增加四倍，并用其取代这款轰炸机目前使用的改进型通用挂架（ICP）。新型挂架将能够挂载重达5000至20000磅（约2268至9072千克）的各种武器，如洛克希德•马丁公司研制的AGM-183A空射快速反应武器（ARRW）。2019年6月12日，美国空军在加利福尼亚州的爱德华兹空军基地进行了超音速AGM-183A武器的首次飞行测试，当时第419飞行测试中队的一架B-52H挂载着一台ARRW原型机（仅安装传感器的版本）进行了飞行测试。
2019年6月12日，在加利福尼亚州的爱德华兹空军基地，美国空军成功地用一架B-52H轰炸机搭载着AGM-183A空射快速反应武器（ARRW）进行了首次飞行测试
空射快速反应武器是作为“快速原型化努力”而开发的几种武器之一，其中还包括高超声速吸气式武器概念（HAWC）。洛克希德•马丁公司正在根据2018年8月授予的一份合同研发空射快速反应武器，该武器预计将在2022年之前达到初始作战能力。如果配备核战斗部，那么空射快速反应武器将使B-52H成为比今天更强大的空中武器发射平台，并确保“同温层堡垒”能够继续执行任务，直到这款古老的轰炸机最终进入其应有的退役状态为止。
原文所附材料：“断箭”与“弯矛”
在美国军语中，“断箭”（Broken Arrow）一词是指涉及核武器或其零件，但无酿成核冲突风险的事故。自1950年以来，美军已经发生了33起得到确认的“断箭”事故，其中至少有7起与B-52轰炸机有关，这7起事故分别是：
（1）1959年10月15日，在美国肯塔基州哈丁斯堡上空32000英尺（约9754米）处，一架B-52F（序列号为57-0036）在进行空中加油时与一架KC-135A发生相撞并坠毁。这架轰炸机隶属于驻密西西比州哥伦布空军基地的第4228战略联队，挂载着两枚未公开型号的核武器，当时处于空中警戒状态。那两枚核炸弹后来都被回收，尽管其中一枚被部分烧毁。
（2）1961年1月24日，一架来自北卡罗来纳州西摩•约翰逊空军基地的B-52G（序列号为58-0187）在北卡罗来纳州戈尔兹伯勒附近坠毁，当时机上带有两枚Mk 39氢弹。这架隶属于第4241战略联队的“同温层堡垒”由于结构性故障而发生空中解体，并导致机上的核武器掉落了出去。核武器中的一些放射性物质发生了泄露，导致清理工作花费了很长的时间。
（3）在1961年3月14日的一次减压事故中，隶属于驻加利福尼亚州马瑟空军基地第4134战略联队的一架B-52F（序列号为57-0166）在燃料耗尽后坠毁在了加利福尼亚州的尤巴市附近。飞机坠地后，机上的两枚Mk 39热核武器也在爆炸中被毁。尽管这两枚核武器上的安全保险装置发生了损坏，但其仍然工作正常。这两枚核武器后来被回收。
（4）1964年1月13日，一架隶属于第484轰炸联队的B-52D（序列号为55-0060）在遭遇猛烈的冬季暴风雨和严重的湍流后，在空中解体，飞机最终坠毁在宾夕法尼亚州的索尔兹伯里和马里兰州的弗罗斯特堡之间。在马里兰州坎伯兰郡西南17英里（约27.4千米）的坠机现场，人们发现了两枚采用渡运状态配置的Mk 53核炸弹。这两枚核炸弹后来被回收。
（5）1966年1月17日，一架B-52G（序列号为58-0256）在西班牙上空加油时与一架KC-135A相撞并坠毁，这架B-52G轰炸机上的四枚Mk 28核武器中，有两枚在与地面撞击时其中的常规炸药（用于产生爆轰波）被引爆，向附近的农田抛射出了大量放射性物质；第三枚核炸弹完好无损地落在了帕洛马雷斯村附近，而第四枚核炸弹则坠落在了距离西班牙海岸线约12英里（约19.3千米）的地中海中，后来被回收。这架坠毁的轰炸机隶属于驻路易斯安那州查尔斯湖空军基地的第68轰炸联队。