В связи с переводом в 1938 г. Бюро особых конструкций в Подмосковье работы по рекордной машине разворачивались неспешно. Окончательное решение об изготовлении двух экземпляров БОК-15 в Наркомате авиапромышленности приняли 10 февраля 1939 г. Однако постройка, в соответствии с более ранними устными договоренностями между Чижевским и Кагановичем, началась еще в 1938–м на смоленском авиазаводе № 35. Готовность первого экземпляра по состоянию на 1 января 1939 г. оценивалась на 10–12 %. Оперение, детали управления, мотораму, шасси делали на новой базе КБ-29 в Подлипках. Изготовление наиболее ответственных деталей – моторамы, сварных узлов и некоторых агрегатов – поручалось авиазаводу № 156. При выдаче заказа изначально большое внимание уделялось разработке и изготовлению нового крыла. При этом требования к новому крылу постоянно повышались. Поначалу, при геометрическом соответствии крыльям БОК-7 и БОК-11, предполагалось лишь усиление конструкции и увеличение объема бензобаков. Спустя несколько месяцев в ЦАГИ получили задание на подбор специального, наиболее эффективного крыльевого профиля для БОК-15. Заводу – изготовителю вменялось построить новое крыло с особо качественной, полированной обшивкой.

Подготовка к дальним перелетам БОК-15 началась в 1939 г., задолго до появления самих самолетов на аэродроме. В соответствии с приказом по ВВС Красной Армии № 0018 от 21 января 1939 г. для обеспечения предстоящих новых рекордных перелетов формировались два экипажа в следующем составе:

1. Комбриг Громов, полковник Юмашев, комбриг Данилин.

2. Полковник Байдуков, комбриг Спирин, комбриг Беляков.

Все упомянутые летчики, за исключением штурманов Спирина и Данилина, с 1 февраля 1939 г. освобождались от прямых служебных обязанностей и начинали летную тренировку. В распоряжение означенных экипажей с 25 января передали самолеты ДБ-3, СБ и Р-5, базирующиеся на Центральном аэродроме.

Начиная с 24 января 1939 г. ЦИАМ вел планомерные доводки дизеля АН-1РТК. Указывалось, что этот двигатель с сухим весом 1100 кг, шириной 1000 мм, высотой 1200 мм, длиной 2400 мм обладает взлетной мощностью 1250 л. с. (не более 5 минут), номинальной мощностью на высоте 5500 м – 1000 л. с. Максимальный расход горючего на эксплуатационном режиме определили в 175 г/ л. с./ ч, расход масла – 12 г/л. с./ч. Топливо – керосин с удельным весом 0,832. В соответствии с этими заявленными характеристиками ЦИАМ должен был сдать два АН-1РТК с воздушными винтами ВИШ-34Д, но без нагнетателя, в КБ-29 к 15 марта.

Первый опытный БОК-15 с АН-1РТК закончили постройкой 9 октября 1939 г. Двигатель оснастили воздушным винтом диаметром 4,75 м с лопастями из электрона. Первый полет БОК-15 состоялся 17 октября 1939 г. Впрочем, еще до окончания испытаний на обоих экземплярах решили установить новое, особо качественное крыло, позволяющее значительно увеличить дальность полета. Данное решение потребовало значительных переделок, поэтому по состоянию на 1 июня 1940 г. 1–й опытный экземпляр оценивался готовым на 80 %, а второй – на 50 %. В этот период, по причине начавшейся мировой войны, масштабы которой все более расширялись, от проведения дальнего перелета отказались.

Тем не менее усовершенствования БОК-15 продолжались. В частности, самолеты оборудовали каплеобразными обтекаемыми фонарями командира экипажа. Следующим этапом стало совершенствование силовой установки. Поначалу ориентировались на дизель М-40Ф с турбокомпрессорами ТК – Э88, проходивший 100–часовые испытания до сентября 1940 г. Хотя испытания оценивались малоуспешными по причине недоведенности поршневой группы, к декабрю 1940 г. этот двигатель предстояло установить на БОК-15 и приступить к летным испытаниям. М-40Ф развивал на взлете мощность 1500 л. с. (при номинальной 1200 л. с.), имел сухой вес 1200 кг, в качестве топлива на нем использовался бакинский тракторный керосин.