В 1945 году Туполев получает новое важное задание. Советский Союз в тот период боевых действий против Японии не вел. Однако в 1944 году вблизи Владивостока на Тихоокеанском побережье Советского Союза совершают посадку четыре бомбардировщика ВВС США «Боинг» В-29 «Стратофортресс», которые при нанесении бомбового удара по городам Японии получили повреждения огнем японских средств ПВО и были не в состоянии вернуться на свою базу. Сталин принимает решение полностью скопировать американский самолет, и три машины перебрасываются в Москву. Один самолет передают на завод № 30 для полной разборки, два других направляют в Летно-испытательный институт для оценки летно-технических характеристик, а четвертый оставляют в качестве эталона. В начале 1945 года перед Туполевым поставлена задача воспроизвести конструкцию В-29 и вывести советское самолетостроение на уровень, достигнутый Соединенными Штатами, которые значительно продвинулись в этой области за годы войны.
Один из ангаров Летно-испытательного института в Жуковском. Из собрания М.Саукке
На Туполева возлагают персональную ответственность за принимаемые технические решения. Отныне его слово приобретает силу закона для любого министерства, отрасли и исследовательского учреждения, которые конструктор посчитает необходимым привлечь к работе. Таким образом, удается избежать многочисленных задержек, характерных для авиапромышленности Советского Союза, как, впрочем, и любой другой страны. Выполнение программы идет исключительно быстро, и уже в мае 1947 года, т.е. всего через год и восемь месяцев после начала проекта новый самолет Ту-4 – советский аналог В-29 – совершает свой первый полет.
Создание самолета Ту-4 оказалось тем пробным камнем, на котором прошли проверку все уникальные качества Туполева как конструктора и организатора. Дело в том, что в результате осуществления этого проекта был не только построен большой и исключительно сложный самолет. Работа над Ту-4 привела, в сущности, к модернизации всего советского самолетостроения. Один из методов, использованных Туполевым для ускорения работ по программе, заключался в следующем: в модельном цехе было отведено специальное место, где, как на выставке, размещались все поступающие с заводов компоненты Ту-4. Здесь Туполев с коллегами оценивал качество каждого узла и давал оценку работе изготовителя. Это позволяло выявлять участки, требовавшие дополнительных усилий и ресурсов, и строго выдерживать график работ по проекту.
Самолет Ту-4 строился одновременно на 23-м заводе в Москве и 22-м в Казани. Для ускорения доводки самолета было построено двадцать предсерийных машин, летные испытания которых проводились на испытательном аэродроме ЛИИ в городе Жуковском Московской области. Атмосфера страха, нагнетаемая сталинским режимом, и решимость Туполева максимально сократить число проблем и выполнить программу в самые короткие сроки привели к целому ряду неординарных технических решений: электросистему спроектировали по западным стандартам (400 Гц, 115 В в самолете и 500 Гц в бортовых ракетах), а сечение электропроводки и толщину обшивки выполнили по британской системе мер.
Особенностью натуры Туполева было умение не упускать ни одной возможности, поэтому параллельно с работой над Ту-4 шло создание пассажирского самолета Ту-70. Первоначально задуманный как 28-местная пассажирская машина, Ту-70 был позднее перепроектирован в более скромный, с точки зрения комфортности, но все же вполне удобный самолет, вмещавший 72 пассажира. Ту-70, вобравший в себя немало узлов «Боинга», в том числе крылья хвостовое оперение, шасси, двигатели, ряд приборов и систем, поднялся в воздух уже в ноябре 1946 года, т.е. еще до первого полета Ту-4. Учитывая, что пассажирский самолет на 70 процентов повторял конструкцию Ту-4, постановка его в серию не составила бы особого труда, однако «Аэрофлот» в те времена еще не испытывал потребности в пассажирском самолете такого размера. Был спроектирован и построен грузовой вариант, получивший наименование Ту-75. Особенностью этой конструкции, вмещавшей до 100 парашютистов- десантников, являлось наличие люка в хвостовой части фюзеляжа. Последним самолетом в ряду машин с поршневыми двигателями стал Ту-85, созданный в начале 50-х годов. Экипаж самолета насчитывал шестнадцать человек. При взлетном весе 75 т самолет имел дальность полета 12 000 км, потолок 10 000 м и скорость 665 км/час. Учитывая 5 т полезной нагрузки, следует признать, что это были впечатляющие по тем временам показатели. Вместе с тем, поскольку к этому времени на подходе уже были турбины, поршневые моторы были вытеснены реактивными и турбовинтовыми силовыми установками.
Одновременно с работой над Ту-4 Туполев приступает к 77-му проекту: это конструкция, предназначенная для внедрения реактивных двигателей на большие самолеты. 77-й проект был начат в самом конце войны и базировался на серийном Ту-2, который получил новое обозначение – Ту-12. Вместо двух поршневых моторов на самолет установили пару роллс-ройсовских реактивных двигателей «Нин», каждый из которых развивал тягу 2 270 кгс.
Решение пойти по пути модернизации серийного Ту-2 позволила осуществить постройку Ту-12 всего за два с половиной месяца, хотя, справедливости ради надо сказать, что проектные работы заняли почти два года. Поскольку реактивные двигатели наиболее эффективны на больших высотах (по мнению конструкторов, для Ту-12 это составляло порядка 11 000 м) необходимо было герметизировать кабину пилотов. Кроме того, потребовалось переделать крыло и стабилизатор. Первые полеты Ту-12 в июле 1947 года выявили ряд проблем: более текучий по сравнению с бензином керосин приводил к протечкам, в связи с чем было признано необходимым герметизировать топливную систему. Параллельно велись поиски новых материалов, которые позволили бы улучшить конструкцию.
В результате проект был переименован в 73-й. Испытательные полеты самолета 77-го проекта свидетельствовали о недостатке мощности, и Туполев принимает решение: третий двигатель установить в хвостовой части фюзеляжа (хотя впоследствии такой вариант установки двигателя применялся на многих реактивных самолетах, для 1947 года это было беспрецедентное решение). Был выбран двигатель «Дервент» фирмы «Роллс-Ройс». За первым испытательным полетом 29 декабря 1947 года последовала серия успешных испытаний, в результате которых родился 81-й проект: самолет Ту-14, первый советский серийный бомбардировщик с реактивной тягой. На нем устанавливались два двигателя ВК-1 конструкции Владимира Климова.
Убедившись в отлаженности программ по Ту-4 и Ту-14, Туполев приступает к проектированию стратегического бомбардировщика дальнего радиуса действия. Здесь в полной мере были применены все новые приемы проектирования, рожденные колоссальным опытом работы в военное время. Улучшилось математическое обеспечение проектных работ. Все это позволяло проектировщикам находить оптимальные профили новых самолетов. Туполев останавливает выбор на стреловидном крыле. Экспериментальный образец самолета Ту-82, в котором просматриваются «семейные» черты Ту- 14, впервые поднимается в воздух в марте 1949 года. Получив результаты летных испытаний, Туполев усовершенствует самолет: теперь это машина 88-го проекта с новыми двигателями АМ-3 конструкции Микулина тягой 9 000 кгс. Именно на 88-м проекте Туполев доводит до совершенства методику, известную под названием «правила головастика». Хотя конструкторское бюро Туполева впервые опробовало эту методику еще при создании самолета Ту-2, мировую известность она приобрела как «правило площади», которое сформулировал в 1953 году в США Р.Т.Уиткомб: это методика, позволяющая сочетать форму фюзеляжа и геометрию крыла, оптимальную для околозвуковых скоростей. С учетом достигнутых к концу 40-х – началу 50-х годов показателей тяги и лобового сопротивления, было решено сузить фюзеляж самолета в направлении от центральной части к хвосту, что и давало в итоге туполевский эффект «головастика».
На первом самолете 88-го проекта, взлетевшем в апреле 1952 года, удалось достичь скорости 1 012 км/час. В то же время серийные машины отличались избыточным весом и не могли выйти на уровень технического задания по дальности полета. В этих условиях Туполев решает ликвидировать значительную часть стыков на фюзеляже, сделать его более монолитным и одновременно понизить скорость на высотах менее 6 000 м. Проведенные доработки позволили сократить вес почти на 6 т. По завершении работ самолет под наименованием Ту-16 передается в серийное производство на авиазаводы: сначала в Казани, а позднее и в Воронеже (эта машина выпускалась также по лицензии в Китае). Хотя большинство Ту-16 в конце 80-х годов были выведены из боевого состава советских ВВС, их еще можно было встретить в строевых частях вплоть до 1992 года.