АНТ-16 имел необходимое приборное оборудование, прицел ОПБ-2для ночного бомбометания, радиоприемник, внутреннюю телефонную связь и другое.

Столь сложный и большой самолет с развитой системой оборонительного вооружения потребовал увеличения экипажа до 12 человек: два пилота, штурман, радист-пеленгатор, бортмеханик и семь стрелков.

Согласно эскизному проекту опытный ТБ-4 с шестью двигателями М-34 должен был иметь нормальную полетную массу - 31000 кг (перегрузочная -37000 кг), массу пустого - 10700 кг, максимальную скорость у земли - 208 км/ч, крейсерскую скорость - 160 км/ ч, потолок - 3400 м, дальность - 1600 км. Нормальная бомбовая нагрузка -4000 кг, максимальная -10000 кг. Оборонительное вооружение: две пушки "Эрликон" калибра 20 мм, десять пулеметов ДА.

С февраля до июля 1933-го на Центральном аэродроме производились сборка машины и доводочные работы. Опытная машина не была полностью укомплектована оборудованием и вооружением. В частности, отсутствовали башенные пулеметные крыльевые установки. Недостающую массу восполнили мешки с песком.

3 июля 1933-го экипаж летчика М.Громова совершил на машине первый полет, на основании которого пилот дал следующую краткую оценку самолету: "…Взлет - прост, тенденций к развороту нет. Разбег - короток. При наборе высоты самолет устойчив и набирает высоту хорошо. При полете -устойчив и прост в управлении. При планировании устойчив и перестановки стабилизатора почти не требуется. Посадка - очень простая, заворотов при пробеге не чувствуется…".

Отмечались чрезмерные усилия на штурвале и педалях. В результате испытаний столкнулись с перкомпенсацией руля направления. Усилиях на педалях сначала уменьшались до нуля, а затем возрастали, но с обратным знаком. Были выработаны рекомендации для борьбы с этим.

В сентябре 1933-го машина поступила на госиспытания. В состав экипажа входили П.Стефановский, М.Нюхтиков, Л.Шевердинский и А.Рязанов. Общее впечатление испытателей о новой машине было положительное.

Однако ТБ-4 было трудно управлять при быстром изменении режима полета, не хватало эффективности руля высоты на посадке. Кроме того, полеты выявили, что при одновременном отключении двух двигателей на одной из плоскостей у самолета возникают недопустимые колебания хвостовой части фюзеляжа. С полетной массой 33 т самолет показал максимальную скорость всего 200 км/ч. Сказывалась недостаточная мощность силовой установки из-за чрезмерных оборотов винтов и значительной части тяги, затрачивавшейся на обдув толстого крыла.

Об испытаниях ТБ-4 остались воспоминания Стефановского. по ним можно судить о восприятии летчиками этой машины: "… ТБ-4 заставил забыть и о характере, и о привычках. Он просто потрясал! Человек среднего роста свободно расхаживал не только в фюзеляже, но не пригибался и в центральной части крыла. Оборудование чудовищной машины напоминало небольшой промышленный комбинат. Имелась даже самая настоящая малогабаритная электростанция для автономного энергопитания всех самолетных агрегатов… Различное оборудование, вооружение, системы и аппараты управления заполнили всю внутренность самолета диковинных размеров. М.М.Громов, передавая мне машину, охарактеризовал ее более чем кратко: «Хорошо летает. Сам увидишь».