自乌克兰战争爆发以来，俄罗斯至少已经对 Kh-101 巡航导弹进行了四次现代化改进。乌克兰国防部表示，此举旨在提升打击效果，并增强导弹突破防空系统的能力。

乌克兰国防部指出，Kh-101 巡航导弹的所有设计改动都围绕两个目标展开：一是削弱乌克兰防空系统的拦截效率，二是提升导弹对目标的毁伤能力。

根据乌克兰国防部公布的数据，自 2026 年初以来，乌克兰防空部队已成功拦截约 88% 的 Kh-101、Kh-55 以及 Kh-555 巡航导弹。

Kh-101 基础型号的射程约为 2500 公里，战斗部重量最高可达 500 公斤，由图 -95MS 和图 -160 战略轰炸机发射。

乌克兰国防部解释称，俄军意识到大量导弹在飞行途中被拦截，因此决定牺牲部分燃料舱空间，以换取更强大的战斗部。这一改动催生了新型 Kh-101，采用串联式战斗部，重量 800 公斤。

俄方还为导弹增加了带有燃烧组件的集束子弹药，内部包含嵌有锆材料的钢珠，爆炸后会产生强烈燃烧效果。此外，高爆破片战斗部中还采用了新一代塑性炸药。乌克兰国防部称，其威力比 RDX（黑索金）高出 30% 至 40%。导弹中还加入了含钛氢化物的胶囊，以进一步增强命中后的燃烧效果。

Kh-101 采用组合制导系统，包括惯性导航、卫星修正，以及一个通过比对预载数字 " 地形轮廓 " 进行导航的光电模块。乌军评估认为，在大型城市环境中，由于建筑密集且存在大量相似地标，这种组合系统的精度会有所下降。

在 2024 年至 2025 年间，俄方还为 Kh-101 巡航导弹加装了 SP-504 电子战防护系统，可生成虚假雷达目标，并释放热诱饵，以增加防空系统拦截难度。

乌克兰国防部强调，俄罗斯正日益面临导弹载机损耗的问题。由于高强度使用，图 -95MS 和图 -160 战略轰炸机的发动机寿命迅速消耗，可执行作战任务的飞机数量也在逐步减少。

对导弹残骸的分析还显示，俄罗斯实际上正在采用一种 " 即时生产 " 模式，即在发射前一到两周内组装导弹，而并未维持大规模库存。

最后，乌克兰国防部指出，这些改进并不意味着俄罗斯在技术上取得突破，而是在大量导弹于飞行途中被拦截的情况下，被迫作出的适应性调整。