Осенью 1927 г. летчик С. А. Шестаков и бортмеханик Д. В. Фуфаев на первом серийном цельнометаллическом самолете АНТ-3 конструкции молодого Туполева, названном «Наш ответ Чемберлену», совершат перелет по маршруту Москва-Омск-Новосибирск-Красноярск-Иркутск-Чита-Благовещенск-Спасск-Наньян-Окаява-Токио и обратно. Путь в оба конца общей протяженностью 21700 км самолет проделал за 153 лётных часа. За перелет лётчики были награждены орденами Красного Знамени.
Самолёт АНТ-4, прошедший испытания в 1928 г., явился безусловным успехом советского самолетостроения. Созданный в КБ Туполева, он стал первым советским цельнометаллическим бомбардировщиком конструкции «свобод-нонесущий моноплан» с низкорасположенным крылом, гофрированной обшивкой и двумя размещенными на передней кромке крыла двигателями. АНТ-4 длиной 18 м с размахом крыльев 28,7 м был в то время самым большим цельнометаллическим самолётом в мире. Первые серийные самолеты-бомбардировщики АНТ-4 (ТБ-1) выпускались с импортными моторами БМВ-VI, но затем стали оснащаться отечественными двигателями М-17 мощностью 500–680 л. с. АНТ-4 был успешно опробован в варианте гидросамолета и показал хорошие результаты.
По своим размерам и летно-тактическим параметрам ТБ-1 не имел тогда себе равных. Его конструкция явилась удачным прообразом современных дальних бомбардировщиков. Это была крупная победа советских самолетостроителей, положившая начало новому этапу в развитии всей авиации, и особенно тяжелой. ТБ-1 был первый самолет, построенный крупной серией, начиная с 1929 г. В течение четырех лет было построено 620 машин. Он находился на вооружении дальней авиации около 10 лет. Его полетный вес составлял 6712 кг, полезная нагрузка – 2885 кг, скорость до 200 км/час, потолок – 4830 м, размах крыла – 29,6, длина – 17,5 м, площадь крыла – 121,5 кв. м, бомбовая нагрузка – до 1500 кг, стрелковое оборонительное вооружение – 6 пулеметов, экипаж – 6 человек.
Самолет ТБ-1 в течение почти десяти лет составлял основу парка тяжелых бомбардировщиков, использовался как своеобразная летающая научно-испытательная лаборатория для проведения многих экспериментов. На нем проводились испытания по сбрасыванию парашютного десанта и грузов, по дозаправке самолетов топливом в воздухе. На этих самолетах наши летчики участвовали в спасении полярной экспедиции на ледоколе «Челюскин».
Военное руководство разработало план строительства ВВС. В начале 1930 г. Реввоенсовет СССР утвердил программу создания новых типов самолетов, аэрофотоаппаратов и различных приборов, причем главное внимание уделялось тяжелой бомбардировочной авиации.
В 1929 г. был построен и через полгода испытан новый тяжелый бомбардировщик ТБ-3 конструкции А. Н. Туполева. Это был первый в мире четырехмоторный цельнометаллический самолет-гигант, свободнонесущий моноплан с авиадвигателями мощностью 2400 л. с. ТБ-3 имел полетный вес 24500 кг, полезную нагрузку – 6300 кг, дальность полета 1500–3270 км (в зависимости от нагрузки). Его схема – дальнейшее развитие ТБ-1 – стала определяющей