1937 год стал последним, когда ТБ-3 строились в больших количествах. Конструкторы еще работали, в основном — по пути совершенствования двигателей, но время медлительных гофрированных бомбовозов стремительно уходило. Модификация ТБ-3 с двигателем М-34ФРН явилась вершиной совершенствования ТБ-3.
К этому времени мировое самолетостроение давно уже догнало и перегнало СССР, причем на Западе появились принципиально иные тяжелые бомбардировщики — высотные и скоростные.
В 1937 году в США создали «Боинг-299», будущую знаменитую «Летающую крепость». На этом фоне гофрированная обшивка, неубирающееся шасси и открытая пилотская кабина ТБ-3 выглядели явным анахронизмом. Отставание самолета от новейших разработок других стран отмечалось уже в заключении по результатам государственных испытаний варианта с М-34РН. Поэтому вполне естественно, что производство машин постепенно начало сокращаться — весной 1938 года в Москве выпустили последний ТБ-3.
Нашим ответом Америке должен был стать высотный бомбардировщик АНТ-42, проектирование которого было начато в июле 1934 года бригадой В.М. Петлякова под руководством А.Н. Туполева. Фактически этот тяжелый четырехмоторный бомбардировщик представлял собой развитие конструкции ТБ-3, но на гораздо более высоком технологическом уровне. Опять-таки советские конструкторы столкнулись с проблемой двигателя — ввиду отсутствия в то время подходящих высотных моторов было принято довольно оригинальное решение — к четырем двигателям самолета добавить еще один, исключительно для вращения центробежного нагнетателя, обеспечивающего наддув и высотность четырех двигателей.
Первый экземпляр самолета был выпущен осенью 1936 года, а в воздух его подняли 27 декабря одни из самых подготовленных летчиков-испытателей — М.М. Громов и Н.С. Рыбко.
В соответствии с замечаниями, выявленными за время испытания опытного самолета, конструкция дублера была улучшена. На самолете были установлены основные двигатели АМ-34ФРНБ (на первых серийных АМ-34ФРНВ) и дополнительный — М-100А.
После летных испытаний дублер был принят в качестве эталона для постройки опытной серии в пять машин. Всем было ясно, что самолет очень хорош, что создан первый высотный скоростной бомбардировщик, полностью отвечавший требованиям своего времени и предвосхитивший развитие этого класса самолетов на несколько лет вперед. Но этот бомбардировщик нуждался в надежных двигателях достаточной мощности и высотности.
Таким двигателем для него оказался высотный АМ-35А в 1200 л. с. С этими двигателями самолет ТБ-7 с 1940 года начали строить серийно.