ЦАГИ считал, что в отношении подобных машин пока могут быть организованы лишь научно-исследовательские работы, а проектирование и постройку самолета грузоподъемностью до 10 т можно провести в течение ближайших 2-3 лет.

Результатом этих обсуждений в начале ноября 1929-го УВВС заказало ЦАГИ тяжелый бомбардировщик ТБ-4 (АНТ-16).

В марте 1930-го УВВС утвердило требования на новый бомбовоз под двигатели М-35, суммарной мощностью в 5000 л.с. Эта машина, по мнению военных, должна была иметь максимальную общую нагрузку порядка 18000 кг. из которых боевая загруженность составляла бы до 10000 кг, дальность -2000 км, скорость на номинальном режиме работы двигателей - 200 км/ч, практический потолок - 5000 м, посадочную скорость -100 км/ч, разбег -250 м, пробеге использованием тормозов -100 м (без тормозов - 300 м).

В апреле 1930-го Совет Труда и Обороны СССР утвердил план опытного самолетостроения, где фигурировали работы по созданию ТБ-4 (АНТ-16).

Реально работы по опытной машине вместо планируемого года заняли более двух лет, в мае 1930-го началось эскизное проектирование. Только в декабре 1932-го получили требуемые двигатели, а в феврале 1933-го начали вывозить агрегаты машины на аэродром. К апрелю 1933-го АНТ-16, в основном, собрала, начались доводки и мелкие монтажные работы. В июле - летные испытания.

Общее руководство по проекту осуществлял АН Туполев, А Архангельский возглавил проектирование фюзеляжа, В Петляков - крыла. Н.Некрасов - оперения, Н Петров - шасси. И.По-госский и Е.Погосский - силовой установки. И.Толстых - вооружения. Большие емкие бомбоотсеки проектировали К.Свешников и В.Мясищев.

В октябре 1930-го в ЦАГИ закончили предварительный аэродинамический расчет по АНТ-16 с двигателями М-35 (проект моноблочного двигателя набазеМ-34).

Камнем преткновения для проекта долгое время был выбор типа и числа двигателей. Поскольку на начало 1930-х появление двигателей М-35 было проблематично, (этот мотор стал реальностью лишь к началу 1940-х), поэтому остановились на шести двигателях меньшей мощности (четыре -на крыле и два - в спарке над фюзеляжем).

Правда, от четверки моторов отказались не сразу. Пытались купить двигатели итальянской фирмы "Изотта-Фраскини", затем из-за отказа итальянцев перешли к расчетам под шесть М-34 с редуктором и без редуктора, под проектные двигатели М-27 с редуктором, под двигатели фирм "Роллс-Ройс" и БМВ. В зависимости от двигателей АНТ-16 должен был иметь нормальную полетную массу - от 27000 кг до 31000 кг (перегрузочный вариант 32000 - 37000 кг), максимальную скорость на аысоте 6000 м - 242 км/ч, крейсерскую скорость - 200-210 км/ч.

В январе 1931-го УВВС и ЦАГИ согласовали состав оборонительного вооружения с учетом экипажа в двенадцать человек: две артиллерийские установки под 20-мм пушки, пять стрелковых установок под спаренные пулеметы ПВ-1. В бомбардировочное вооружение входили бомбодержатели и бомбосбрасыватели новой конструкции, обеспечивающие размещение сорока 250-кгбомб или двадцати 500-кг бомб внутри фюзеляжа, одной 1000-кг или 2000-кг бомбы под фюзеляжем.