За это время Андрей Туполев, которого Бог не обидел талантом находить умелых помощников, уже крепко встал на ноги и взял под свое крыло опытного технаря Владимира Петлякова. Надо отдать должное Туполеву: в его коллективе всегда были в избытке талантливые, скромные, работящие и преданные авиации люди. Петляков почти сразу был принят в штат ЦАГИ, где он, занимаясь параллельно учебой и подготовкой дипломного проекта, отдавал все силы зарождавшейся советской авиации.
Петляков принимал участие в создании первого туполевского самолета АНТ-1, с первой же машины ему доверили проектирование крыла. Впоследствии эта работа, то есть крылья, станет его основной деятельностью в ЦАГИ. Став начальником бригады №1,он возглавил работы по конструированию крыльев этапных машин туполевского ОКБ, в том числе ТБ-1 и ТБ-3. Благодаря этим работам он был награжден своим первым орденом. И главное, Петляков стал правой рукой Туполева, его доверенным лицом. Так что не случайно его отправили в США сопровождать первый международный перелет ТБ-1 (АНТ-4). Быть может, это загранкомандировка и стала первым событием в его жизни, череда которых приведет его к гибели.
Но поначалу все начиналось весьма благополучно. Для испытаний рекордного АНТ-4 на поплавках в 1929 г. Петляков и Туполев даже ездили в Таганрог, где Владимир Михайлович смог окунуться в атмосферу родного города и дома. После этого самолет, названный «Страна Советов» отправился по маршруту Москва - Дальний Восток - США. Первая попытка окончилась неудачно, машина потерпела аварию, ну а дублер благополучно достиг Америки и долетел до Сиэтла. Там Петляков, который отвечал за техническую часть перелета, уже ждал летчиков. Далее АНТ-4 с Петляковым на борту долетел до Нью-Йорка, самолет разобрали и счастливый Петляков с товарищами (и со своим купленным «фордом») поплыли на пароходе домой. Этот американский «Форд» мог остановить карьеру Петлякова, когда тот попал на нем в тяжелую аварию. Но главные испытания были еще впереди.
А пока были успехи. За Америку Петлякова наградили орденом Красной Звезды, в декабре 1933 г., к 15-летнему юбилею ЦАГИ - орденом Ленина; в списке его фамилия стояла сразу же за Туполевым. В 1934 г. начались работы над ТБ-7. К этому времени Петляков, имевший опыт в конструировании и производстве больших самолетов, стал начальником бригады КБ-1 по тяжелым машинам. Он возглавлял работы и по «Максиму Горькому». Но 18 мая 1935 г. на его глазах произошла страшная катастрофа «МГ». Смерть еще раз махнула своей косой у самого лица Петлякова. Он тогда лишь по стечению обстоятельств не оказался на борту самолета.