Между тем в мастерских АГОС-ЦАГИ полным ходом шло строительство второго АНТ-4. Этот самолет имел уже 730-сильные двигатели «БМВ-VIZ». Кроме того, на трех турелях (в носовой, средней и хвостовой части фюзеляжа) монтировались пулеметы «Льюис». Самолет имел современную радиостанцию и оборудование для аэрофотосъемки. Строительство второй машины завершилось летом 1928 года, а первый полет состоялся 15 августа. Летные испытания продолжались до 26 марта 1929 года. В составленном по завершении испытательного цикла отчете самолет получил положительную оценку.
Нелегкими были пять лет, в течение которых шла работа над созданием нового самолета. Главные трудности, с которыми столкнулось советское самолетостроение, заключались в отсутствии необходимых металлов. Однако с обнаружением месторождений бокситов на севере страны и разработкой технологий производства высококачественных сплавов удалось-таки поставить точку в истории зависимости страны от импортных поставок металлов. АНТ-4 запускается в серию на Московском авиазаводе № 22, возглавляет проект Владимир Петляков. Постройка первого серийного самолета с двигателями «БМВ- VI» мощностью от 500 до 680 л.с. завершена в июле 1929 года. С 1 августа по 19 октября идут приемочные испытания, и затем в течение трех лет 22-й завод выпускает 216 самолетов АНТ-4.
В Военно-Воздушных Силах АНТ-4 получает обозначение ТБ-1 (тяжелый бомбардировщик). Это первый тяжелый бомбардировщик в истории советских ВВС. В строевых авиачастях экипаж самолета насчитывал шесть человек, включая трех бортстрелков, в распоряжении каждого из которых имелся спаренный пулемет конструкции Дегтярева. Кроме того, ТБ-1 нес до одной тонны бомбовой нагрузки. Вес пустого самолета составлял 4 520 кг, стандартный взлетный вес – первоначально 6 500 кг, а впоследствии – 6 810 кг. Конструкция самолета предусматривала подвеску дополнительных топливных баков, которые позволяли значительно повысить боевые возможности ТБ-1, за счет этого максимальный взлетный вес доходил до 8 790 кг.
Наличие самолета с такой дальностью полета и такими характеристиками, какие имел АНТ-4, предоставляло советскому руководству небывалые возможности. Речь в первую очередь шла о дальних перелетах. Для начала организовали относительно короткий (около 1 600 км) беспосадочный полет из Москвы до Воронежа и обратно. Все прошло удачно. И уже вскоре Сталин дает «добро» на межконтинентальный перелет. Конечная цель перелета – Нью- Йорк. Несмотря на то что маршрут полета через Атлантику короче, протяженный участок трассы над океаном сочли трудноватым, кроме того, утрачивался пропагандистский момент, связанный с возможностью посадок в крупнейших городах Советского Союза. В итоге был выбран восточный вариант маршрута, при котором общее расстояние увеличивалось более чем вдвое. Для перелета подготовили две машины, с которых демонтировали вооружение.
8 августа 1929 года командир экипажа Семен Шестаков и второй пилот Болотов взлетают с московского аэродрома на АНТ-4, названном «Страна Советов». Однако во время вынужденной посадки в Омской области самолет получает повреждения, и экипаж возвращается в Москву. Через пятнадцать дней следует новая попытка совершить дальний перелет на втором самолете под тем же названием. На этот раз летчикам сопутствует удача. Маршрут полета проходит через Омск, Новосибирск, Красноярск, Читу и Хабаровск. В Хабаровске колесное шасси заменяют на поплавки, и в таком виде Шестаков и Болотов пилотируют самолет на протяжении следующих 7 950 километров трассы до островов Стюарт и Ситка Алеутской группы островов. На Алеутах – снова вынужденная посадка, на этот раз – из-за неисправности двигателя. Мотор приходится заменять. Благодаря тщательному планированию перелета запасной двигатель прибыл на Алеутские острова довольно скоро. Экипаж снова в полете, очередная посадка – в Сиэттле. Здесь поплавки опять уступают место колесному шасси. Следующие пункты маршрута – Сан-Франциско, Чикаго, Детройт и, наконец, Нью-Йорк, куда АНТ-4 прибывает 3 ноября. За 137 часов полетного времени самолет преодолел 21 242 километра. Американцы в первый (но далеко не последний!) раз видят туполевскую машину. Обратный путь в Советский Союз самолет, выкрашенный в символизирующий мир белый цвет, совершает на борту парохода.
