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.
В июле 1938 года состоялся первый полет самолета-дублера, конструкция которого была несколько изменена. В акте полетных испытаний ТБ-7 отмечалось, что во время полета на высоте 10–11 тысяч метров самолет малоуязвим для истребителей противника. Высокая маневренность машины на высотах до 10 тысяч метров обеспечивала прицельное бомбометание и малую уязвимость машины от огня зенитной артиллерии. По результатам испытаний НИИ ВВС принял решение немедленно начать массовый серийный выпуск ТБ-7.
Производство двух первых опытных самолетов велось в Москве на заводе опытных конструкций, для серийного производства был определен завод в Казани. Несмотря на положительное решение комиссии по итогам испытания самолета, действительно массовое его производство так и не было организовано. Во многом это было связано с тем, что в то время не было полной ясности в вопросе, насколько необходим армии тяжелый бомбардировщик. Еще одним осложняющим условием являлся тот факт, что на изготовление самолета шло много дефицитного дюралюминия. Таким образом, самолет производился несколькими мелкими сериями.
Размеры и конструкция самолета не менялись за время его существования. Размах крыла составлял 39,01 метра, площадь — 188,68 м 2, длина самолета — 23,59 метра.
Сверху центроплана находились кабины экипажа, снизу — бомбовый отсек. Под центропланом самолета также оборудовались наружные бомбодержатели. В носовой части фюзеляжа устанавливалась вращаемая пулеметная башня. Также за двумя центральными мотогондолами, в корме и в фюзеляже располагались установки оборонительного вооружения. В кабине места летчиков расположены одно за другим и закрыты продолговатым фонарем, немного сдвинутым к левому борту.
В качестве силовой установки на большинстве самолетов использовались четыре V-образных 12-цилиндровых карбюраторных двигателя жидкостного охлаждения АМ-35А по 1200 л. с. каждый.
По первоначальному замыслу должно было быть пять двигателей: пятый, размещенный внутри фюзеляжа, приводил в действие компрессор, нагнетавший воздух в двигатели маршевой группы, повышая таким образом высотность самолета.
Имели место попытки применения дизельных авиадвигателей М-40 конструкции А. Д. Чаромского. Однако дизели порой неожиданно останавливались из-за того, что подачу топлива летчик задавал вручную, сообразно оборотам двигателей. Это приводило к остановке турбокомпрессоров и двигателей, а запустить их можно было только на высоте менее 1500 метров.