Первым проектом, к работе над которым приступила бригада Туполева, стал четырехмоторный пикирующий бомбардировщик АНТ-57 (ПБ-4).

Информация о данном проекте достаточно противоречива. Так, по утверждению соратника Туполева Л. Кербера, подобная идея была навязана курировавшим работу «шараг» наркомом внутренних дел Лаврентием Берия. По свидетельству же заместителя Туполева С. Егера, проект четырехмоторного пикирующего бомбардировщика большой дальности, в число задач которого, помимо прочего, входило уничтожение крупных боевых кораблей, был предложен самим Туполевым и рассматривался как достаточно жизнеспособный. Согласно техническому заданию, самолет, разрабатываемый под 1050-сильные двигатели М-105, должен был нести бомбовую нагрузку три тонны при возможности поднимать бомбы калибром до 1000 кг на внутренней подвеске и иметь максимальную дальность до 4000 км. Экипаж находился в двух герметичных кабинах. Одной из особенностей проекта при этом была перспектива применения разработанных одним из сотрудников Туполева – А.В. Надашкевичем новых бронебойных бомб калибра 1500 кг в габаритах ФАБ-1000.

Отметим, что подобный проект не только разрабатывался, но и был доведен до серийного выпуска в Германии. 27-тонный He.177 Greif был фактически оснащен четырьмя двигателями, попарно приводящими два воздушных винта и нес до 3000 кг бомб. Правда, на практике заставить тяжелую машину пикировать так и не удалось, и в целом «Грифон» стал одним из самых неудачных самолетов компании «Хейнкель».

Впрочем, предполагаемые габариты ПБ-4 были существенно меньше, а расчетный нормальный взлетный вес – порядка 12 200 кг – был сопоставим с параметрами современных ему двухмоторных бомбардировщиков, в том числе пикирующего немецкого бомбардировщика Юнкерс Ju.88.

Тем не менее в конечном итоге окончательным заданием бригады «103» – такой индекс получила бригада ЦКБ-29 под руководством Туполева – стала разработка скоростного двухмоторного фронтового бомбардировщика ФБ, который должен был иметь скорость не менее 600 км/ч, максимальную бомбовую нагрузку до 2000 кг и максимальную дальность полета 2000 км.

В целом процесс создания нового бомбардировщика оказался крайне непростым. Изначально правительственным заданием предусматривалась постройка трех опытных самолетов с двигателями жидкостного охлаждения: одного с АМ-35А и двух – с М-120ТК. Самолет с моторами АМ-35А должен был иметь максимальную скорость 560 км/ч, потолок 11 000 м и дальность полета до 2500 км, максимально до 3200 км. Два самолета предполагалось оснастить создаваемыми в КБ В.Я. Климова V-образными 18-цилиндровыми моторами М-120ТК с турбокомпрессорами расчетной взлетной мощностью 1850 л.с., с использованием турбокомпрессоров на высоте 10 000 м 1430 л.с. Эти машины должны были при той же дальности развивать скорость на средних высотах – не менее 625 км/ч, на высоте 12 000 метров – 720 км/ч. Потолок должен был достигать при этом 13 000 м. От гермокабин отказались, в состав экипажа входили пилот и располагавшиеся в общей кабине за центропланом штурман и стрелок.

29 января самолет «103» – по обозначению туполевцев АНТ-58 – впервые поднялся в воздух, показав в процессе последующих испытаний скорость 635 км/ч.

Позже был внесен еще ряд изменений – экипаж был увеличен с трех человек до четырех, причем штурман теперь находился в одной кабине с летчиком, а двигатель заменили на АМ-37. Второй опытный самолет «103-У» (улучшенный) поднялся в воздух 18 мая 1941 года, показав обнадеживающие результаты, но уже 6 июля потерпел катастрофу. Впрочем, работу по подготовке к серийному выпуску это не остановило, а НИИ ВВС вынесло заключение, что «самолеты “103” и “103-У” с двумя моторами АМ-37 по своим летно-техническим данным превосходят все известные самолеты этого типа».