研制一架双引擎的俯冲轰炸机。这个研究的结果是当时先进的图-2。1941年德国入侵，苏德战争爆发后图波列夫被释放。他去鄂木斯克并在那里建立了166研究局。1943年他回到莫斯科领导他原来的研究局。随后，图波列夫就获得了新的任务。斯大林下令他设法仿制美国的B-29超级堡垒轰炸机来弥补苏联在战略轰炸机方面的落后。图波列夫在18个月内就设计了一型新的战略轰炸机图-4。虽然这架飞机由于比较弱的引擎和稍微高的重量比不上其原型，但比起苏联早一代的战略轰炸机来说是一个飞跃。1940年代末苏联依靠图-4成为核大国。