经过现代化改进，机鼻下方安装了 EVS 转塔的 B-52G
B-52 B.U.F.F.Dark Knight
“同温层堡垒”的最后一种生产型是 B-52H（Model 464-261），现在仍在服役的 B-52 全部是接受过现代化改造和延寿的 B-52H。1960 年 5 月 6 日空军采购了 62 架 B-52H，同年 6 月 26 日又采购了 40 架，总计达 102 架。和 B-52G 一样，生产完全由维切塔负责。
B-52H 60-0003，H 型在外观上与 G 型不同的地方在于新的发动机吊舱和尾炮
B-52H 换装了普惠 TF33-P-3 涡轮风扇发动机。TF33 是 JT3D 涡扇引擎的军用型，最初是作为 J57 民用版 JT3 的发展型而研制的。TF33 拥有 17,100 磅的最大推力，比 J57 加力推力还大 30%。能够提供好得多的起降性能，B-52H 的起飞滑跑距离比 B-52G 短了 500 英尺，并且放宽了重载起飞的安全限度。另外在满功率状态下，TF33 尾流更清洁，不再喷出长长的有毒黑烟。TF33 的安静性减低了座舱噪音，从而降低了机组疲劳度。喷水装置水箱箱的取消也极大地提高了快速部署能力。TF33 更具燃料经济性，载弹 10,000 磅时，B-52H 作战半径是 4,176 海里，而 B-52G 只有 3,550 海里。新引擎的使用明显改变了引擎舱的外形，TF33 需要直径更大的进气道和外函道，很容易以此识别 B-52H。
H 型的 TF33-P-3 涡扇发动机，推力增加 30%
TF33 油门响应比 J57 更快，油门杆移动过快可能导致飞机剧烈颠簸，以致飞行员无法通过升降舵加以纠正。燃油喷溅更加重了这一效应——在加速过程中，机翼结构油箱内的燃料迅速冲向后缘，又受引力移回中间。为防止这种现象，在油门杆象限上安装了机械式推力限位器。可以定位于任何最大推力需求，这样飞行员就不会无意识地向前推油门杆，使发动机推力输出过度。
G 型与 H 型发动机吊舱外形对比
B-52H 和 B-52G 拥有相同的短垂尾。鉴于 B-52G 取消副翼后横向控制能力削弱，将扰流板打开角度提高了 10 度。这样不必倾斜机身就可利用阻尼进行横向修正，从而提高空中加油操控能力。B-52H 尾部防御武器定为一门通用电气 M61 20mm 六管加特林航炮，备弹 1,242 发，还安装了标准的埃默森 AN/ASG-21 火控系统。
B-52H 的 M61 20mm 六管加特林尾炮
H 型是第一种安装这种新设备的机型，尽管一些 D\E\F\G 型后来也进行了翻新。新系统减轻了长时间低空高速飞行时飞行员和领航员所面对的巨大压力。除了地形跟踪设备，还安装了新的座舱显示系统，能够在飞行员和领航员仪表板的双模式显示屏上显示三维信息，能够连续显示前方三、六、十英里处的地形高度，有地图（PLAN）或剖面（PROFILE）两种模式可供飞行员选择。为了帮助飞行员低空驾驶，在 MA-2 自动驾驶仪内安装了控制滚轮，降低操控所需的力量和调整频率。
B-52H 没有原型机，不过 TF33 涡扇引擎曾在一架 B-52G（57-6471 号机）上测试过，该机被暂时编号为 YB-52H。后来这架飞机改回了标准的 B-52G 构型。第一架 B-52H 于 1960 年 7 月 20 日首飞。1961 年 5 月 9 日，B-52H 开始交付，驻密歇根州沃特史密斯空军基地（Wurtsmith AFB）的第 379 轰炸机联队成为首个使用单位。1962 年 10 月 26 日，最后一架 B-52H 交付驻米诺特空军基地（Minot AFB）的第 4136 战略联队，整个“同温层堡垒”的生产至此结束。
B-52H 60-0006 着 SAC 白色保护涂装
TF33 最初麻烦重重，引擎的耗油量过高，涡轮叶片经常损坏。1962 年中期提出了一项代号“热风”的计划，以解决 TF33 的可靠性问题。该计划中途被 1962 年 10 月爆发的古巴导弹危机打断，当时所有 B-52 都被紧急征调。1963 年 1 月“热风”计划重新启动，最终于 1964 年底完成。
古巴导弹危机爆发前不久，B-52H 翼身连接处发现裂缝，问题出在不耐腐蚀的扣件上。“圆柱销”计划迅速出台以解决这一问题，虽然同样受到古巴导弹危机的干扰，但是该计划最终在 1962 年底完成。
型号 机体 引擎 航电 军械 其他武器 总计 B-52A 26,433,518 2,842,120 50,761 9,193 47,874 29,383,466 B-52B 11,328,398 2,547,472 61,198 11,520 482,284 14,430,872 B-52C 5,359,017 1,513,220 71,397 10,983 293,346 7,247,963 B-52D 4,654,494 1,291,415 68,613 17,928 548,353 6,580,803 B-52E 3,700,750 1,256,516 54,933 4,626 931,665 5,948,490 B-52F 3,772,247 1,787,191 60,111 3,016 862,839 6,485,404 B-52G 5,351,819 1,427,511 66,374 6,809 840,000 7,692,913 B-52H 6,076,157 1,640,373 61,020 6,804 1,501,422 9,285,776
美国空军博物馆中展出的 Mk28 核弹以及 B-52 弹仓内挂架
Mk39 核弹 Mk53 核弹
起飞中的 B-52F，注意翼下挂载的两枚 AGM-28 巡航导弹
Octave Chanute 空军基地博物馆中的 AGM-28 导弹
B-52 的早期武器 1956 年 5 月 21 日，空军研发司令部（AR&DC）的 B-52B（52-0013 号机）从太平洋上的恩尼维托克岛（Eniwietok Island）起飞，在比基尼环礁（Bikini Atoll）上空投下了一枚绰号“蛇神”（Zombie）的 Mk15 氢弹。这次核试验属于“红翼鸫”（Redwing）计划，也是“切罗基”（Cherokee）系列核试验中首次进行氢弹空投试验，更是 B-52 第一次作为氢弹的运载工具和投掷平台。Mk15 氢弹重达 7,600 磅，长 10 英尺。测试当量为 375 万吨。爆炸时由于延迟螺栓的问题，爆炸提早了 30 秒，投弹机和护航机还未完全飞出危险区。飞机受到剧烈冲击，但好歹生存了下来。这是一次相当危险的意外，但却为美军检验 B-52 规避核打击的能力提供了极其有价值的参考，很可能为美军后来制定空军紧急拉动规范产生了帮助。1963 年大气层内核禁试条约出笼前，B-52 还进行了一系列空爆试投。 在装备 B61 和 B83 系列之前，B-52 主要装备 Mk28、Mk39、Mk43、Mk53、B57 等多种核炸弹。由于弹舱小于 B-36，特别是高度不够，威力巨大的 Mk17 核弹直径过于粗大，无法由 B-52 携带。Mk28 是 B-52 的主战装备，在弹舱内特制的双层挂架上可以密集携带 4 枚，分两层各并列放置 2 枚 Mk28。Mk39 基本上是 “红翼鸫”核试爆中 B-52 投掷的 Mk15 核弹的减速伞型，为适应 B-52 弹舱尾翼可以折叠。Mk53（B53）是专门供 B-52 弹舱内挂而设计的，可以在弹舱内携带 2 枚。Mk53 属于战略核炸弹，当量达到 1,000 万吨，分为所谓“脏弹”（两级热核武器，即三相弹）和“干净弹”两个系列。 鲍尔斯被击落证明哪怕是飞行高度超过 2 万米的 U-2 高空侦察机都无法从容进出苏联领空，B-52 已不可能按照设计之初的设想利用航速和高度来实施突防，更可怕的是苏制防空导弹系统还开始在世界范围内不断扩散。解决方法是让 B-52 转而采用低空突防，苏联低空防御也确实存在着可抓的漏洞，这从 80 年代末航空爱好者驾驶轻型飞机降落红场事件就可看出。这要求 B-52 不得不在最低 500 英尺的高度上穿越对方领空。为此必须加强机身强度，一架飞机的结构改进费用就几乎两倍于新造的成本，还需要为其配备地形规避系统。 为增强突防能力，B-52 装备了美国第一种战略空地导弹 AGM-28“大猎犬”（Hound Dog）巡航导弹。配备 400 万吨级的 W28 核战斗部的“大猎犬”尺寸巨大，只能挂在内侧机翼下的 PY-1 发射架上。最大速度为 M2.1，高空最大射程 700 海里，低空下降到 200 海里。AGM-28A 采用惯性制导，CEP 只有 900-1800m。AGM-28B 采用惯性加被动雷达制导，CEP 提高到 300-500m 用来攻击苏联预警指挥雷达，从而在严密的防空体系上打开缺口。PY-1 发射架前部整流罩内装有 KS-120 或 KS-140 天文导航系统，配合机上的其他电子设备向导弹提供惯性导航信息。AGM-28 的 J52 喷气引擎在飞机起飞阶段可以提供额外动力，AGM-28 的惯性导航系统还可以作为 B-52 自身系统的备份。B-52 一般携带“大猎犬”爬升到 9,000-13,500m，然后以 815km/h 速度巡航，发射时增速到 865km/h。导弹可以在高空平飞，末端俯冲攻击目标，也可以下降高度随地形起伏飞行。 1960 年 2 月 29 日，驻佛罗里达艾格林空军基地（Eglin AFB）第 4135 战略联队的一架 B-52G 首次发射了一枚“大猎犬”导弹，它也成为最早。早期的 13 架 B-52G 无法携带“大猎犬”导弹。这并不是波音的过错，而是由于“四巨头”改装套件的复杂性和高成本。空军参谋部在年底前尚未拿定主意装备何种型号的 B-52，到底是生产新飞机还是改进旧飞机来携带导弹。最后还是选择了后一种方案，1962 年总共完成了对 54 架飞机的改造。 “大猎犬”首次 B-52 提供了敌方火力圈外核打击的能力，使其能够在擅长的高空飞行中实施攻击，而且当时美国核武库中确实也缺少适合 B-52 使用的能低空水平投放的核炸弹。“大猎犬”的出现也弥补了 B-52 和 B-58 的差距。B-58 能够超音速飞行，但航程有限，并且主要用于投放核炸弹。B-52 本身只能进行高亚音速巡航，装备有高空超音速飞行能力的“大猎犬”后可以在更大航程上达到与 B-52 类似的突防效果，并且自身生存性更好。1963 年的高峰期，装备了 600 枚“大猎犬”。随着技术的发展，“大猎犬”迅速变得过时，从 1967 年开始淘汰。至 1969 年末，导弹的数量已经下降到 350 枚。到 1975 年 6 月底，该导弹完全退出战备，但仍旧在非服役状态保留了一段时间。最后一枚 AGM-28 于 1978 年 6 月销毁，只有一枚现在用于博物馆陈列。