В марте 1934 года УВВС предоставило свои требования к новой машине: максимальная скорость на высоте 4000 метров — не менее 330 км/ч, потолок — 8000 метров, дальность — 700 километров, бомбовая нагрузка — свыше 500 кг, оборонительное вооружение: носовая установка — два пулемета ШКАС, верхняя турельная и нижняя люковая установки — по одному пулемету ШКАС.

В работе над АНТ-40 участвовали также и другие бригады ОКБ, и подразделения ЦАГИ. Так, крыло и управление элеронами разрабатывала бригада В. М. Петлякова. В области аэродинамики ведущим был А. К. Мартынов. Проблемами прочности занимались А. И. Макаревский, С. Н. Шишкин и Г. А. Озеров.

В результате напряженной работы уже через три месяца, 8 марта 1934 года, эскизный проект нового бомбардировщика представили в УВВС на утверждение. Новый бомбардировщик выполнялся по схеме двухдвигательного трехместного свободнонесущего среднеплана с убирающимся в полете шасси и гладкой обшивкой фюзеляжа и крыла. Компоновка базировалась на том, что при заданной бомбовой нагрузке и мощном оборонительном вооружении габариты машины должны были быть минимальными. Вся полезная нагрузка размещалась внутри фюзеляжа. Аэродинамическая форма была совершенной, без каких-либо резко выступающих частей. Таким образом, проект АНТ-40 стал логическим завершением поиска оптимальных решений и развития идей, принятых при работах над проектами АНТ-21, АНТ-29 и АНТ-30.

Постройка самолета началась 25 апреля, а 7 октября 1934 года летчик-испытатель К. К. Попов поднимает в первый полет АНТ-40 с американскими 730-сильными «Циклонами». На девятом полете первая машина потерпела аварию и была отправлена на завод для восстановления. В дальнейшем ее использовали для экспериментальных работ.

Основой для серии стал второй опытный АНТ-40 с немного более мощными двигателями «Испано-Сюиза» (780 л. с). 30 декабря 1934 года дублер был готов и в тот же день состоялся его первый полет (летчик И. С. Журов). Заводские испытания продолжались до 21 января 1935 года. Благодаря совершенным аэродинамическим формам машины была зафиксирована максимальная скорость 430 км/ч на высоте 4 тысячи метров, которая значительно превышала заданную в тактико-технических требованиях.

Государственные совместные испытания второго АНТ-40 проводились с 8 февраля по 3 марта 1935 года и были прерваны из-за элеронного флаттера крыла, который вскоре удалось устранить путем установки весовой компенсации на элеронах (работой руководил будущий академик М. В. Келдыш).

Испытания нового самолета начались на следующий день после окончания VII съезда Советов СССР — имевшего статус высшего органа власти страны. Съезд проходил в Большом Кремлевском дворце с 28 января по 6 февраля 1935 года. На съезде присутствовало все руководство страны. С речами выступили В. М. Молотов, Г. К. Орджоникидзе, А. С. Енукидзе и другие. Туполев был делегатом этого съезда и выступил на нем с развернутой и, как было принято в России всегда, хвалебной речью.

Вопрос о запуске в серийное производство нового бомбардировщика АНТ-40 (СБ) решился значительно раньше, еще в марте 1934 года. Советские ВВС остро нуждались в этом типе самолетов, поэтому еще до окончания государственных испытаний, с 5 декабря 1934 года, началась передача документации на завод № 22. И. В. Сталин интересовался ходом работ по этой машине, и по его прямому указанию, в середине 1936 года, бригаду № 5 во главе с А. А. Архангельским направили на серийный завод в качестве самостоятельного опытного конструкторского бюро для внедрения и усовершенствования нового самолета.

Головной серийный самолет СБ был выпущен весной 1936 года, но уже с отечественными двигателями М-100 (мощность 750 л. с), отсюда название первой серийной машины СБ-2М100. С 25 марта по 31 июля 1936 года были проведены войсковые испытания пяти серийных СБ-2М100 первой опытной серии. На основании этих испытаний самолет был принят на вооружение.

В 1939 году, с увеличением скорости истребительной авиации, назрела необходимость увеличения скорости серийных бомбардировщиков СБ. На самолете были установлены более мощные двигатели М-105Р мощностью 1100 л. с, уменьшена площадь крыла, заменены винты и реконструирована система охлаждения. Бомбардировщик был сделан пикирующим. Для этого были добавлены аэродинамические тормоза-решетки, установлены более совершенные в аэродинамическом плане носовая часть фюзеляжа и мотогондол, снижены размеры оперения. С 1940 года пикирующий СБ модификации PK (СБ-РК) получил наименование Ар-2, в честь ближайшего помощника Туполева А. А. Архангельского.

Всего выпущен 6831 самолет СБ различных модификаций. Они широко использовались в боях в Испании и Китае, на Халхин-Голе и в Финляндии, в сражениях 1941–1943 годов Великой Отечественной войны.

СБ, конечно, был очень полезной, но ограниченно модернизируемой машиной. Немецкий Хе-111 (He 111), совершивший первый полет всего на четыре месяца позже СБ, успешно модернизировался до осени 1944 года, мог нести до 2,5 тонны бомб, имел достаточно хорошую скорость (до 415 км/ч) и отличное оборонительное вооружение. Среди советских асов лишь Герой Советского Союза А. Н. Дергач и выдающийся летчик-истребитель М. Ф. Манулин, пропавший без вести в октябре 1943 года и, по-видимому, по этой причине не удостоенный заслуженного им высокого звания Героя, имеют по шесть лично сбитых машин этого типа, еще семь человек записали на свой счет по пять «хейнкелей»… Удивительно, но ни одной машины этого типа не сбил великий А. И. Покрышкин. А ведь выпущено «хейнкелей» было больше, чем СБ, — около семи тысяч штук. Столь же успешно модифицировался и немецкий До-17 (Do 17), полный ровесник СБ (первый полет 23 ноября 1934 года), вылетавший на боевые задания до конца войны.

Проектирование тяжелого бомбардировщика — четырехмоторного самолета под рабочим названием АНТ-42 (ТБ-7, Пе-8) было поручено в июле 1934 года бригаде В. М. Петлякова ОКБ А. Н. Туполева. По своему назначению разрабатываемый самолет считался скоростным тяжелым бомбардировщиком дальнего действия. Надо ли говорить, что проектирование большой четырехмоторной машины всегда было задачей исключительно сложной, ответственной и дорогостоящей.

В конце 1934 года, после нескольких уточнений, были определены требования к самолету. Скорость машины должна была составлять 400 км/ч, дальность полета — 1200–3800 километров, грузоподъемность — две тонны, практический потолок — 12000 метров.

Опытный экземпляр бомбардировщика, получившего обозначение ТБ-7, был изготовлен осенью 1936 года. Летные испытания, начавшиеся 26 декабря того же года, подтвердили основные расчеты конструкторов. Тем не менее коллектив продолжал совершенствовать новый самолет, готовя его к серийному производству.

Заметим, что стоимость машины оказалась очень высокой. Сталин, справедливо полагавший экономические характеристики важнейшими критериями боевых машин, из-за этого отнесся к самолету прохладно. Высокая стоимость машины была главной причиной ее малой серии. Фактически АНТ-42, или Пе-8, был первым туполевским самолетом, имевшим законченные аэродинамические формы.

В октябре 1937 года, в разгар доводочных работ над этой великолепной, опережавшей свое время машиной, последовал арест Андрея Николаевича.