В 1925 году руководство ВВС СССР инициировало создание мощного бомбардировщика для стратегических военных операций. Первоначально мощность четырех двигателей была заявлена в 1000 л.с. для каждого. Но в ходе разработки требования к силовой установке были снижены, и на самолет установили моторы «Кертис» мощностью 590 л.с. Этой мощности оказалось вполне достаточно, так что после испытаний ТБ-3 в колесном варианте, а впоследствии и на лыжном шасси, его рекомендовали для выпуска в серию.

Двигатели «Кертис» все-таки заменили на М17, обладающие, примерно такой же мощностью, но имеющие более продолжительный моторесурс. К тому же они были более экономичные. Расход горючего для такого гиганта, каким был ТБ-3, имел первостепенное значение, поскольку от экономичного расхода топлива напрямую зависела дистанция, которую он мог бы преодолеть. Если учесть, что емкость всех топливных баков самолета не превышала 8-ми тысяч литров, то можно было понять, что на сверхдальние полеты он не рассчитывался.

Длина тяжелого бомбардировщика составляла почти 25 метров при размахе крыльев 40 метров. Площадь крыла была 230 квадратных метров. Весил самолет при полной загрузке 19,5 тонн. Дальность полета этой тяжелой машины не превышала 1400 км. Скорость же в полете составляла всего 198 км/час. Потолок высоты не добирал до 4000 метров. Бомбардировщик упорно держался на высоте 3800 метров. А это могло означать только то, что самолет становился удобной мишенью практически для всех немецких самолетов.

В начале 1941 года в авиаполках ВВС было 530 тяжелых бомбардировщиков ТБ-3. Все они были сразу же активно задействованы в воздушных сражениях. Но огромные и медлительные машины были настолько легкой добычей для немецких истребителей, что потери тяжелых бомбардировщиков в первые недели войны составили трехзначную цифру. Впоследствии командование запретило полеты ТБ-3 в дневное время.

Вылеты стали производиться исключительно в ночное время. Но тут сразу же встал вопрос о недостаточной подготовке большинства летчиков к ночным полетам. Приходилось на ходу переучиваться. И все же вылеты на бомбометание по ночам себя оправдывали. ТБ-3 был сильной машиной. Он мог брать на борт около 5 тонн бомбовой загрузки, что было достаточной компенсацией уязвимости самолета для истребителей противника. Однако «благодаря» огненным вспышкам при выхлопе из коллекторных патрубков ТБ-3 даже ночью оказывался вполне заметным объектом для атаки.

Зенитная артиллерия немцев поражала цели в воздухе как днем, так и ночью точным прицельным огнем. Практически каждый бомбардировщик был обстрелян зенитками неприятеля. Самолет спасала невероятная живучесть. Благодаря уникальной гофрированной обшивке бомбардировщика снаряды проходили насквозь не взрываясь. Нередко ТБ-3 возвращался на базу с метровыми дырами в фюзеляже.