图波列夫实验设计局成立初期，设备专为航空工程研究和飞机设计而度身订造，在1920年代负责全金属制定翼机的研发，而飞机制造则由其他公司负责。这段时期图波列夫最为人瞩目的就是重型轰炸机，图波列夫的设计领导了当时及期后多年来大型军用和民用飞机的开发。第二次世界大战期间，图波列夫的Tu-2「蝙蝠」型是苏联前线最优良的全金属制轰炸机之一。由于金属原料不足，战争期间曾经採用木制的机身后部。 1945年，4架波音B-29轰炸机完成于日本的任务降落在苏联境内。设计局迅速地抄袭了其设计并制作了苏联首部洲际战略轰炸机T