Первоначальные расчеты делались под два мотора М-34, которые только начали проектировать в ЦИАМ. Однако туполевцы быстро поняли, что их не дождаться, и переориентировались на БМВ VI. По размерам и весу АНТ-8 примерно соответствовал «Валю», по схеме был подобен лодкам фирмы «Рорбах». Он являлся свободнонесущим высокопланом с крылом, установленным непосредственно на фюзеляже. Два двигателя с толкающими винтами размещались на высоких стойках над центропланом. Лодка была двухреданная со слабовыраженным задним реданом. Подкрыльные поплавки выполнялись несущими, то есть не только обеспечивали поперечную остойчивость, но брали на себя часть веса самолета на плаву.

Параллельно с военным вариантом АНТ-8 разрабатывался гражданский проект. Руководство «Добролета» сочло возможным использовать этот самолет на больших реках и на линиях вдоль морского побережья. В июне 1929 года ЦАГИ получил от него требования к пассажирской лодке. Они в целом были близки к данным АНТ-8, однако полезную нагрузку следовало поднять до 1600 килограммов, а продолжительность полета уменьшить до 5,5 часа. В июле заказчику уже представили эскизный проект, по которому гражданский вариант отличался от военного только внутренней компоновкой лодки и оборудованием. Чуть позже возникла мысль использовать пассажирский АНТ-8 в Охотском море, для чего нужна была дальность порядка 1500 километров. Туполев пообещал спроектировать для этого новое крыло, вмещающее до 1750 килограммов бензина (в баках старого находилось 1600 килограммов). Но в конце года работы по гражданскому варианту приостановили, отдав приоритет разведчику.

Однако и по нему сроки не выдержали. Лишь в апреле 1930 года предъявили полноразмерный макет самолета. Комиссия его забраковала длинным списком претензий. Их устранили к 14 июля, и повторное рассмотрение макета прошло успешно. Но уже 26 июля нагрянула новая комиссия, которая установила, что по вооружению и оборудованию самолет уже не соответствует современным требованиям. Представители ЦАГИ с этим согласились и впоследствии смогли исправить все наиболее важные дефекты.

К тому времени стало ясно, что разрабатывавшийся ранее МДР-1 Григоровича, проходивший испытания в 1927–1929 годах, не удался. УВВС требовало ускорить постройку АНТ-8, чтобы в сентябре начать его летные испытания. Но сборку машины завершили лишь к 1 декабря. В конце того же месяца ее разобрали и отправили на гидробазу ЦАГИ в Севастополе. Для проведения испытаний Туполев пригласил опытного морского летчика С. Т. Рыбальчука. Ранее он облетывал лодки Григоровича — МДР-1, МР-3 и МР-5, а также некоторые иностранные машины и считался очень хорошим пилотом, спокойным, уравновешенным, никогда не торопящимся.

АНТ-8 впервые поднялся в воздух 30 января 1931 года.

Заводские испытания продолжались недолго — общий налет составил 3 часа 47 минут, и лодку быстро передали на государственные. Они проходили с 15 февраля по 20 марта. Рыбальчук выполнил 25 полетов, кроме него летали строевые летчики, в том числе начальник ВВС Черного моря В. К. Лавров. Была выявлена недостаточная поперечная устойчивость самолета — на воде он попросту заваливался на крыло. Испытания прервали, и машину вернули в ЦАГИ на доработку.

В феврале в НТК вновь прошло обсуждение проекта АНТ-8. Общую схему самолета признали прогрессивной. Высоко расположенное хвостовое оперение не подвергалось ударам волн. А вот прочность крыла при перегрузочной массе сочли недостаточной. Запас бензина и масла оказался на треть меньше предусмотренного заданием.

Испытывавшие МДР-2 летчики в первую очередь сравнивали его с хорошо знакомым им «Дорнье-Валем» (у нас обозначавшимся ДВ). На вооружении морской авиации на Балтике и Черном море имелись две модификации этой машины — 1925 года с моторами «Лорэн-Дитрих» и 1927 года с БМВ VI. Туполевская лодка оказалась несколько проще в пилотировании, ее вооружение сочли более сильным, а зоны обстрела более рациональными. По скоростному диапазону МДР-2 и ДВ примерно равны, а по скороподъемности «Валь» выигрывал. На воде АНТ-8 вел себя плохо, на рулежке не слушался. Проявлялась вибрация передних подкосов стабилизатора в полете.

Кроме увеличения объема поплавков или их разноса по крылу, комиссия по испытаниям потребовала доработать подкосы стабилизатора, установить добавочные бензо– и маслобаки, увеличить количество водонепроницаемых отсеков, предусмотреть подвеску двух бомб по 250 килограммов вместо четырех по 82 килограмма. В заключение комиссия сделала вывод, что МДР-2 по летным данным примерно равен «Валю», а по вооружению и оборудованию — лучше. После замены поплавков он мог быть принят на вооружение ВВС РККА.

Но на горизонте вновь возник опасный конкурент. Весной 1931 года началась постройка новой летающей лодки МДР-3 конструкции И. В. Четверикова. Она была больше и тяжелее, чем МДР-2, лучше соответствовала представлениям военных о дальнем морском разведчике и бомбардировщике. В итоге на отчете об испытаниях АНТ-8 появилась резолюция начальника УВВС Алксниса: «Решение вопроса о введении на вооружение отложить до окончания испытаний и проверки технических изменений, до получения результатов испытаний МДР-3…»

И все же подготовку к серийному производству АНТ-8 начали. И военный, и гражданский варианты самолета должны были выпускать на заводе № 31 в Таганроге. Там собирались освоить сразу три частично унифицированные машины: сухопутный «крейсер» Р-6, пассажирские АНТ-9 и АНТ-8. В мае 1931 года полноразмерный макет пассажирского варианта лодки предъявили комиссии из представителей НИИ ВВС, ГУ ГВФ, авиапромышленности и ЦАГИ. Макет одобрили. Опытную пассажирскую машину решили не строить, учитывая ее большое сходство с военной. На серийных лодках крыло собирались опустить на 300 миллиметров, и в июне 1931 года это решение согласовали с УВВС.

В опытный АНТ-8 внесли ряд усовершенствований, в том числе увеличили поплавки и руль направления. Осенью того же года самолет вновь вышел на испытания. Так как еще 12 июля С. Т. Рыбальчук погиб в катастрофе АНТ-9, теперь на МДР-2 летали Б. Л. Бухгольц, M. M. Громов, а от НИИ ВВС — Н. Г. Кастанаев. Лодку испытывали на взлет и посадку с волны, в полетах с перегрузочной массой, при одном выключенном моторе и т. д. Так как в результате доработок вес машины возрос, то ее летные данные упали. Прежде всего ухудшилась скороподъемность, которая вышла даже за рамки задания 1925 года. Увеличились разбег и пробег. В перегрузочном варианте, с бомбами и балластом, ее скорость не превышала 197 км/ч. Комиссия по испытаниям, руководимая В. К. Лавровым, занимавшим должности начальника ВВС Черного моря, заместителя начальника штаба Управления ВВС РККА, начальника НИИ ВВС, посчитала принятие МДР-2 на вооружение излишним.

В ОКБ А. Н. Туполева к тому времени активно работали над более современным скоростным и дальним двухлодочным четырехмоторным самолетом АНТ-11. В результате многократного изменения задания проект по АНТ-11 реализован не был и конструкторы приступили к проектированию еще более тяжелого шестимоторного морского крейсера АНТ-22.

Начиная с 1923 года коллектив, руководимый Андреем Николаевичем, со все возрастающими темпами давал стране новые, прежде всего боевые самолеты. Так, с 1923 по 1927 год было построено пять новых самолетов (три серийных). В следующие четыре года — с 1928 по 1931 год — было создано уже шесть новых самолетов (четыре серийных). Не случайно, что инициатива создания фактически первого пассажирского самолета исходила от военных.