Поначалу Берия настаивал, чтобы Туполев занимался проектированием дальнего четырехмоторного пикирующего бомбардировщика (проект «Н6У»), однако Туполев, считающий поставленную задачу практически неосуществимой, все же убеждает Берию разрешить ему работу по созданию двухмоторного самолета, который соответствовал имевшимся на тот период времени двигателям и обеспечивался существовавшими технологиями производства. Туполев составляет список специалистов, необходимых ему для работы, и НКВД доставляет их в Болшево из различных тюрем и лагерей. Вскоре группа готова к работе, однако для выполнения задачи не хватает производственных мощностей и испытательного оборудования. С большим трудом в ближнем лесу удается построить полномасштабный деревянный макет самолета 103-го проекта. Летчики одного из расположенных неподалеку аэродромов замечают макет с воздуха и докладывают командованию: «Обнаружен упавший самолет.» Местные органы НКВД немедленно отдают приказ уничтожить макет. Туполеву долго пришлось разъяснять неискушенным в технике офицерам НКВД, для чего нужен макет самолета. Проблема была разрешена с помощью камуфляжной сетки, наброшенной на деревянную конструкцию. Тем не менее трудности конструирования, строительства и испытания самолета были очевидны, поэтому авиационную группу заключенных возвращают в Москву на 156-й завод. На здании завода до сих пор висит установленная в 1973 году мемориальная доска с надписью: «Набережная Академика Туполева. Названа в 1973 году в честь академика Андрея Николаевича Туполева (1888-1972), выдающегося авиаконструктора, трижды Героя Социалистического Труда».

Но в 1940 году это здание было для Туполева тюрьмой, хотя, конечно, и более приемлемой, чем Лубянская или Болшевская. Здесь, по крайней мере, было под рукой все, что необходимо для создания самолета. Ночевал Туполев на шестом этаже, а помещения конструкторов находились на третьем и четвертом. Конструкторское бюро и опытный завод соединялись крытым переходом и для прохода в цеха не нужно было даже одеваться, поэтому любые вопросы решались быстро и без затруднений.

Одна из проблем, с которой сталкивались конструкторы, состояла в том, что они, находясь в заключении, не имели права подписывать собственные чертежи, как того требовал существовавший в промышленности порядок: поставив подпись, конструктор расписывался в окончании своего раздела работы и утверждал его. Тогда каждому конструктору для утверждения чертежей выдали резиновый штемпель с номером. У Туполева был номер 011, все остальные имели номера, цифры которых в сумме равнялись одиннадцати: 065, 074, 083, 092 и т.д. Номер 029 был присвоен Георгию Френкелю.

Бок о бок с заключенными в конструкторском бюро и на заводе ежедневно работало много «гражданских», т.е. не заключенных. Большинство «гражданских» относилось к арестованным не как к «врагам народа», а как к товарищам по несчастью. Многие, рискуя собственной свободой, по мере сил помогали репрессированным. Заключенные конструкторы постоянно находились под охраной конвойных, и это, конечно, не способствовало эффективной работе. Специалисты, находящиеся в тюремных условиях, были лишены доступа к информации, в том числе имевшей непосредственное отношение к их работе. Поскольку это серьезно ограничивало их возможности, решено было обратиться в НКВД с просьбой разрешить поездки на ряд авиазаводов, однако, несмотря на то что потребность в таких выездах была очевидной, НКВД решился на организацию всего одной поездки.

Коллектив завода встретил заключенных с огромной теплотой. В результате органы сочли, что безопаснее будет обеспечивать конструкторов нужной информацией, а не вывозить их на другие предприятия. Не разбирающиеся в технике сотрудники НКВД зачастую путали данные, и пользы от такой информации было мало. Более того, передача необходимых сведений часто поручалась сотрудникам НКВД, не имевшим даже среднего образования, не говоря уже о технических знаниях.

Несмотря ни на какие трудности, Туполев спустя некоторое время ставит вопрос о представлении 103-го проекта комиссии ВВС. Комиссия утверждает проект, и на 156-м заводе строится опытный образец АНТ-58 (Ту-2), который перевозят на Чкаловский (тогда – Щелковский) аэродром под Москвой. Здесь 22 декабря 1940 года летчик Михаил Нюхтиков впервые поднимает новую машину в воздух. ВВС испытывают самолет с декабря 1940-го по июнь 1941 года.

Вывод военного командования однозначен: самолет превосходит Пе-2 по скорости и бомбовой нагрузке, оборонительному вооружению и маневренности.

Вторая мировая война (Великая Отечественная) началась для Советского Союза 22 июня 1941 года. Уже через месяц после начала боевых действий, несмотря на решение Верховного суда от 28 мая 1940 года, принятое в закрытом заседании без рассмотрения дела и определившее Андрею Николаевичу меру наказания в виде пятнадцати лет исправительных работ (решение окончательное и обжалованию не подлежит!), Туполев оказывается на свободе. 9 июля 1941 года Туполев и двадцать его товарищей по тюрьме были помилованы. Президиум Верховного суда СССР в специальном постановлении объявляет о помиловании и отменяет вынесенные им приговоры.

Но до официальной реабилитации еще далеко. Лишь на XX партийном съезде в 1956 году, где Хрущев обвиняет своего предшественника Сталина в преступлениях, совершенных в период 1935-1941 и 1945-1953 гг., Туполев полностью реабилитирован и восстановлен в правах.

Между тем испытания самолетов проектов «103» и «103У», проведенные Научно-исследовательским институтом ВВС, показывают, что самолеты, на которых установлен двигатель АМ-37, по своим летно-техническим характеристикам превосходят все другие конструкции этого класса, существующие на тот момент, и полностью отвечают требованиям ВВС к пикирующим бомбардировщикам.

А.Н.Туполев в военной форме. Из собрания К.Удалова

Едва оказавшись на свободе, Туполев немедленно включается в работу по эвакуации предприятия в Омск: вторжение немецко-фашистских войск на территорию Советского Союза создает реальную угрозу Москве. Непосредственная эвакуация 156-го завода началась 19 июля 1941 года, за три дня до освобождения Туполева. В Омске производственные мощности размещаются в недостроенном автосборочном заводе, а конструкторы занимают помещения Иртышского пароходства.

Омский завод получает номер 166. Вскоре здесь начинается выпуск АНТ-58 (Ту-2), однако в конце 1942 года последовало решение переориентировать производство на постройку истребителей Як-9, которые командование ВВС посчитало более необходимыми. Выпуск Ту-2 возобновляется в 1944 году. Летно-технические характеристики самолета – скорость 635 км/час и высота полета 8 000 м – делали бомбардировщик практически неуязвимым. В то же время прекращение производства двигателей водяного охлаждения АМ-37 вынуждает Туполева использовать мотор АШ-82 воздушного охлаждения, хотя скорость самолета с новым двигателем падает до 540 км/час, а высота – до 5 000 м. Тем не менее смена двигателя на самолете Туполева способствует наращиванию выпуска моторов АШ-82, которые используются также на строящихся в большом количестве штурмовиках Ил-2.

Осенью 1943 года угроза Москве полностью миновала, и Туполев со своим конструкторским бюро возвращается в родные пенаты. Основные работы после приезда ведутся над совершенствованием Ту-2. Удалось построить опытный образец значительно меньшего веса: вдвое сократился вес электропроводки, упростилась конструкция гидросистемы, общая протяженность гидравлических линий самолета сократилась с 447 до 112 м. Проще стали топливная и навигационная системы, оборудование кабины. В общей сложности вес самолета уменьшился примерно на 400 кг.

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.