Сразу же после этого начались работы по второму самолету, который изначально должен был нести бомбовую нагрузку 1200 килограммов, три спаренных пулемета «льюис», оснащаться радиостанцией и фотоаппаратом. Постройку этого экземпляра оценили в 385 тысяч рублей. Английских моторов больше не было, и второй АНТ-4 получил французские двигатели «Lorraine-Dietrich 12E» мощностью по 450 лошадиных сил каждый. Причем приобретали их главным образом из-за дешевизны. Уже в апреле 1927-го вместо «Лоррен-Дитрихов» было решено устанавливать намного более надежные немецкие моторы «BMW VI», которые развивали 600 лошадиных сил; кроме того, их выпуск в ближайшем будущем намечалось начать в СССР под маркой М-17, а значит, советские самолеты больше не должны были зависеть от иностранных поставок. Интересно, что до сентября 1927 года самолет проходил по документации ВВС как легкий бомбардировщик, а после – уже как тяжелый. Соответственно ему присвоили армейское наименование ТБ-1—2БМВ6 (т. е. тяжелый бомбардировщик-первый с двумя двигателями «БМВ-VI»). В дальнейшем стали писать просто ТБ-1, а аббревиатура АНТ-4 стала общим наименованием для всех машин этого типа.
Экипаж тяжелого бомбардировщика ТБ-1 включал пять человек: командир (он же кормовой стрелок), летчик, помощник летчика (он же средний стрелок), бомбардир-навигатор (он же фотограф и радист) и носовой стрелок. Одна турель со спаренными пулеметами «льюис» располагалась в носу самолета, две другие – на корме. ТБ-1 мог брать на борт максимум 985 килограммов бомб, но обычно нес 730 килограммов.
Испытывали первый бомбардировщик в июле 1928 года, так как поставка из Великобритании шасси сильно затянулась. В ходе испытаний выявились как плюсы самолета – устойчивость, легкость в управлении, высокая скорость, – так и многочисленные недоделки, а то и просто моменты, которые можно было прочувствовать, только сидя за штурвалом. Так, обзор с левого пилотского кресла оказался очень плохим, отказывали датчики топлива и скорости, процесс снятия капотов был чрезмерно долгим и трудоемким, а при попытке бомбометания оказалось, что нос ТБ-1 закрывал от летчика цель. При дальнейших испытаниях, зимой, обнаружились сугубо «зимние» проблемы – замерзающее в полете масло, неудобство обслуживания самолета в меховом комбинезоне и т. п. Тем не менее вердикт комиссии гласил:
Действительно, на фоне тяжелых бомбардировщиков, имевшихся тогда в составе авиации РККА, ТБ-1 выглядел более чем современно. Его иностранные аналоги, состоявшие на вооружении советской авиации тех лет – французские «Farman F.62» и немецкие «Junkers K.3 °C», – не шли с ним ни в какое сравнение. Ни одна страна мира еще не строила огромные цельнометаллические монопланы, которые могли бы нести почти тонную бомбовую нагрузку.
Большой международный резонанс произвел рекордный перелет АНТ-4 по маршруту Москва – Омск – Хабаровск – Петропавловск-Камчатский – остров Атту – Сиэтл – Сан-Франциско – Нью-Йорк. Он происходил с 23 августа по 1 ноября 1929 года. Экипаж, состоявший из командира С.А. Шестакова, второго пилота Ф.Е. Болотова, штурмана Б.В. Стерлигова и механика Д.В. Фуфаева, за 137 летных часов преодолел 21 242 километра. Самолет, на котором осуществлялся перелет, носил имя собственное «Страна Советов».
Первая авиачасть, вооруженная ТБ-1, появилась в Воронеже в ноябре 1929 года – 11-я бригада тяжелых бомбардировщиков в составе трех эскадрилий. Сначала летчики учились пилотировать новые машины (для этого требовалось 10–12 полетов), потом – бомбить. Бомбометание осуществлялось весьма просто: штурман перегибался через борт и рукой указывал пилоту на цель. В целом самолеты показывали себя хорошо, но экипажи жаловались на практически полное отсутствие связи: даже тем, кто сидел рядом, общаться в полете приходилось жестами, не говоря уж о кормовом и среднем стрелке, у которых никакой связи с другими членами экипажа просто не было. Очень тяжело было и летать на ТБ-1 зимой: в громоздких меховых комбинезонах в бомбардировщике было не развернуться, в открытой кабине летчикам приходилось закрывать лицо вязаными шлемами и мазать кожу гусиным жиром.