Установленные на самолете двигатели, еще не прошедшие государственных испытаний, обладали крайне низким ресурсом (около 30 часов) – и заниженной мощностью 1050 л.с. вместо расчетных 1200 л.с.).

ТБ-7 построили на заводе опытных конструкций (ЗОК), который с 1 июля 1936 года был выделен из состава ЦАГИ и преобразован в завод № 156. К тому времени Туполев стал главным инженером Главного управления авиационной промышленности, и вся ответственность за создание машины легла на плечи В.М. Петлякова и заместителя начальника КБ сухопутных самолетов И.Ф. Незваля.

Кормовая стрелковая установка дублера ТБ-7

Впервые самолет преодолел земное притяжение 27 декабря 1936 года. Этот и все последующие полеты на этапе заводских испытаний провел экипаж М.М. Громова без АЦН. Естественно, все ждали подтверждения расчетных данных, но скорость не превысила 370-км рубеж. И хотя по скорости (на 40 км/ч) самолет превзошел предшественника ДБ-А с моторами М-34РНБ, но в конце 1930-х этого было явно недостаточно. Заводские испытания машины затянулись, и лишь в конце марта приступили к монтажу АЦН и устранению выявленных дефектов. Завершение этой работы совпало с началом строительства бетонированной ВПП на Центральном аэродроме, и испытания ТБ-7, как, впрочем, и других машин, перевели на Центральный аэродром НКТП имени Л.М. Кагановича в подмосковные Подлипки. Здесь и произошло первое ЧП, причем в первом же полете. При посадке сложились главные опоры шасси. В итоге получили повреждения гондолы уборки шасси и «борода» – выступавшая снизу кабина штурмана. Все это серьезно задержало испытания бомбардировщика. К тому же в стране началась очередная полоса арестов «неблагонадежных». Вслед за Туполевым за решетку угодил и Петляков, и всю ответственность по доводке самолета возложили на Незваля.

После ремонта машины с 11 августа по 28 октября 1937 года состоялись совместные с НИИ ВВС государственные испытания. В состав экипажа входили П.М. Стефановский, второй пилот В.Е. Дацко и штурман А.М. Брянденский. Ведущим инженером назначили И.В. Маркова. В испытаниях также участвовали летчики М.А. Нюхтиков и Антохин, штурманы Черкасов, Никитин, Цветков и Соколов. Облетали самолет А.Б. Юмашев и Бабкин. Здесь и проявились его преимущества перед созданной ранее техникой. Первые же полеты показали, что самолет не только соответствует требованиям заказчика, но и несколько превосходит их.

Так, максимальная скорость с АЦН-2 достигала 403 км/ч на высоте 7900 метров, а без АЦН – 360 км/ч на высоте 3100 метров. В заключении отчета по их результатам отмечалось, что «большие максимальные скорости <…> ТБ-7 на высотах, близких к потолку современных истребителей, делают его малоуязвимым на высотах 7000–10 000 метров». Тогда же рекомендовалось, не дожидаясь окончания полных государственных испытаний, начать постройку опытной серии из пяти машин, но с заменой агрегата АЦН турбокомпрессорами, доработкой вооружения и устранением выявленных дефектов. Однако с турбокомпрессорами тогда ничего не вышло, и серийные ТБ-7, лишенные пятого мотора, значительно утратили свои первоначальные данные.

Осенью 1937 года вслед за Туполевым был арестован и В.М. Петляков. Все это свидетельствовало об охлаждении интереса руководства страны, и прежде всего Сталина, к новой машине. Похоже, что вождь вычеркнул тяжелый бомбардировщик из своих планов, сделав ставку на дальний бомбардировщик ДБ-3. Естественно, доводка машины затянулась. Тогда же был поставлен крест и на варианте ТБ-7 с гермокабинами, подобными тем, что предлагал В.Ф. Болховитинов в своем проекте «БДД» еще в 1935 году.