可夫设计局进行开发，设计目标为制造一款具有高速并且可以在高空飞行的重轰炸机，可以不需要战斗机护航独立飞行自敌军腹地进行轰炸。此时开发代号变更为TB-7，原型机于1936年12月27日在格罗莫夫试飞院（M.M. Gromov）制造完成，这架飞机有着梨形式铝合金机身、双重钢樑结构悬臂式中单翼、副翼材质仍採用纺织蒙皮。2号原型机在1934年4月开始制造。不过就和历史上大多数失败的飞机研发案一样，Pe-8从一开始就缺乏一具强力而且可靠的发动机。AM-34引擎（AM-35引擎的前身）出力仅有800匹马力不足以支撑