Пока в Варнемюнде выпускался Hе.177a-1 на заводе в Ораниенбурге готовилось производство улучшенной версии Hе.177a-3. Главным отличием была удлиненная на 20-см моторама двигателя и дополнительная 1,6м секция в фюзеляже за бомбоотсеком. Была установлена дополнительная верхняя башня за крылом с парой пулеметов МG-131 с 750 патронами на ствол.

Прототипами Hе.177a-3 были V15 и V16, не имевшие дополнительной фюзеляжной секции, но с двигателями DВ-610. Эти двигатели представляли собой спарку двух DВ-605, развивавших на взлете 2950лс и 3100лс на высоте 2100м. Было решено оснастить Hе.177a-3 более мощными двигателями. Hо задержка с их производством разрушила эти планы. В результате новый вариант бомбардировщика сохранил двигатели DВ-606. Первый серийный Hе.177a-3/R-1 сошел со сборочной линии в Ораниенбурге в конце осени 1942г, но до конца года было поставлено только 12 машин. Они проходили испытания в Бранденбурге. Был задан темп поставок 70 машин в месяц, но из-за постоянных доработок к началу 1943г составил только пять машин в месяц.

С апреля 1943г стал выпускаться Hе.177a-3/R-2. Он имел улучшенную электропроводку, другую установку пулемета в носу, пушка МGFF была заменена на МG-151/20. До Hе.177a-3/R-2 стрелок в хвосте располагался лежа, а новая кабина позволила ему сидеть. Его пулемет МG-131 был заменен на пушку МG-151/20. Hе.177a-З/R-З стал первым носителем ракеты "Хеншеля" Hs.293. Две ракеты подвешивались под консолями и одна под фюзеляжем. Hе.177a-3/R-4 получил более длинную нижнюю гондолу, в которой разместили передатчик системы управления ракетой FuG-203b "Киль"-III и ручку управления, которой бомбардир выводил ракету на линию прицеливания. Летные испытания Hs.293 начались в 1941г в Карлсхагене. Позже еще два Hе.177a-1 использовались для этой цели в Пенемюнде. Именно они провели первые успешные испытательные пуски летом 1942г. Hе.177a-3/R-З в основном и предназначались для тренировок экипажей по применению Hs.293.

В начале зимы 1942-43гг когда Hе.177 были срочно брошены на снабжение окруженных в Сталинграде немецких войск, в частях технического обслуживания на нескольких машинах в нижнюю гондолу поставили 50мм пушку ВК-5. Боезапас для пушки размещался в бомбоотсеке. Модернизированные самолеты с определенным успехом использовались для штурмовки наземных целей в перерывах между транспортными полетами. Впоследствии был создан Hе.177a-3/R-5 или "Сталинградтип" с 75мм пушкой ВК-7.5 в нижней гондоле. Вместо стандартных DВ-606 были установлены более мощные DВ-610. Всего было выпущено пять машин этого типа - сила отдачи была слишком велика, а сама установка сильно снижала летные данные самолета.

К 1943г, когда союзники достигли перелома в "битве за Атлантику", адмирал Дениц стал особенно настаивать на поддержке подводных лодок торпедоносцами типа Hе.177. В результате был подготовлен специальный вариант Hе.177a-3/R-7. Они использовались в KG.26. Первоначально самолеты несли торпеды L-5, но, так как они из-за удлиненного стабилизатора не помещались в бомбоотсеке, две торпеды подвешивались под фюзеляжем, а потом и под крылом. От своих предшественников Hе.177a-3/R-7 отличался отсутствием закрылков, совмещенных с элеронами. Позже такое крыло получил и вариант Hе.177a-5. Самолет также использовался для испытания электроторпед LT-50, которые можно было сбрасывать с высоты 250м на большем удалении от цели. Однако было выпущено всего три Hе.177a-3/R-7. В серию вместо него пошел Hе.177a-5.

После выпуска 170 самолетов Hе.177a-3 заводы в Ораниенбурге и в Варнемюнде переключились на производство Hе.177a-5. Первый самолет этой модификации был готов на заводе "Хейнкеля" в феврале 1943г. Суммарный темп поставок составил на обоих заводах 12 машин в июле и 42 к концу года. Всего в 1943г было выпущено 261 Hе.177, когда министерство авиации, напуганное высокими эксплуатационными потерями, издало приказ сдать на слом все бомбардировщики этого типа !

Тем временем испытания двигателей в Рехлине позволили модернизировать один самолет с учетом рекомендаций группы Хертеля, которая в январе 1943г провела исследования всех возможных причин возгораний в воздухе. Эти исследования выявили 56 возможных причин пожара. Доработанный самолет отлетал в Рехлине без каких-либо инцидентов со стороны двигательной установки. Технический департамент заключил, что наконец-то все проблемы с двигателями решены, но все находящиеся на сборочных линиях Hе.177 дорабатывать не стали, чтобы не снижать темпа поставок. Про приказ о сломе самолетов просто забыли.

Hе.177a-5 предназначался в основном как носитель типа торпед LT-50, ракет Hs.293 или FХ-1400 "Фриц"-Х. Hа самолет ставились двигатели DВ-610, крыло было усилено, стойки шасси укорочены, а подэлеронные закрылки сняты. Оборонительное вооружение было по образцу Hе.177a-3/R-2, так что серийный вариант новой модифика ции назывался Hе.177a-5/R-2. Первый из трех бомбоотсеков был заделан, а на его месте установили внешние держатели.

Выпускались несколько вариантов Hе.177a-5, включая Hе.177a-5/R-5 с дополнительной дистанционно-управляемой установкой сразу за бомбоотсеком, R-6 отличался от R-5 исключением двух передних бомбоотсеков, R-7 имел герметичную кабину и потолок полета до 15200м, а выпущенный в единственном экземпляре R-8 имел дистанционно-управляемые стрелковые установки под кабиной и в хвостовой части, но и слишком сложную систему управления ими.

В течение 1944г было выпущено 565 Hе.177a-5. Производство окончательно прекратилось в октябре с принятием "срочной истребительной программы".