Еще до принятия официального решения по самолету в КБ начались работы по его проектированию. 11 июня 1954 года вышло Постановление Совета Министров СССР № 1172-516 о создании дальнего пассажирского скоростного самолета Ту-16П (обозначение по КБ самолет "104", затем принятое как официальное - Ту-104, после чего последняя четверка в официальных обозначениях туполевских пассажирских машин стала постоянной цифрой). Самолет должен был проектироваться на базе бомбардировщика Ту-16 с двумя двигателями АМ-3-200. Серийный выпуск возлагался на завод №135 в Харькове.
Схема перехода к Ту-104 от Ту-16 осуществлялась за счет замены фюзеляжа на вновь спроектированный большего диаметра (3,5 м вместо 2,9 м) с герметической кабиной от носка фюзеляжа до отсека хвостового оперения. Изменялась схема самолета: вместо среднеплана самолет становился низко-планом, соответственно перепроектировались центроплан и мотогондолы. От серийного Ту-16 использовались: отъемные части крыла, двигательные отсеки крыла, шасси, горизонтальное оперение, вертикальное оперение и гондолы шасси. Первоначально Ту-104 проектировался на 50 человек, хотя с самого начала предусматривался дальнейший переход в случае удачи проекта на модификации под 70 и более пассажиров.
В сентябре 1954 года эскизный проект Ту-104 был предъявлен ВВС. В ноябре-декабре состоялась макетная комиссия, одновременно шло рабочее проектирование и постройка опытного экземпляра самолета.
В ходе создания Ту-104 особое внимание было уделено обеспечению высокой надежности конструкции самолета, а также увеличению ресурса планера и особенно гермокабины. Помятуя о проблемах, с которыми столкнулись англичане с "Кометой", при выполнении программы создания Ту-104 его планер впервые в отечественной практике был подвергнут циклическим испытаниям в гидробассейне ЦАГИ. Эти испытания позволили выявить слабые места в конструкции, провести доработки и обеспечить ее необходимую долговечность.
Одновременно для Ту-104 проводился поиск наиболее рациональных компоновочных схем размещения пассажирских салонов, кухни и бытовых помещений. Разрабатывалась конструкция удобных пассажирских кресел, бестеневое освещение салонов, подбирались цветовые гаммы интерьеров и материалы для обивки и облицовки перегородок и кресел. Его интерьер проектировался из предпосылки, что чувство комфорта и безопасности можно обеспечить, создав в самолете "домашнюю обстановку" (идея "салон - дом"). Отсюда некоторая перегруженность интерьера эклектическими элементами традиционного имперского стиля, а также дробность общего объема и отдельных деталей, использование форм и конструкций вагонной архитектуры, обильная отделка под золото и под орех. В дальнейшем, уже в серии, интерьер кабины стал более "демократичным", приблизившись к мировым стандартам того периода.
Серийный самолет Ту-104. Эксплуатационные испытания.
Пассажирская специфика самолета вызвала необходимость разработки новых агрегатов СКВ, электроприборов приготовления и подогрева пищи, освещения салонов, радиофикации пассажирских кабин и т.д. Кроме того, к существующим системам были предъявлены повышенные требования по надежности. Некоторые новые агрегаты, в основном бытового назначения, были спроектированы в самом КБ, так как в тот период специализированные КБ не брались за эту тематику.
Опытный самолет Ту-104 с двигателями АМ-3 к началу 1955 года был закончен в опытном производстве и немедленно передан в ЖЛИ и ДБ, где начались его доводки и подготовка к испытаниям Заводские испытания опытного Ту-104 начались 11 июня 1955 года и продолжались до 12 октября 1955 года. Испытания проводил экипаж в составе: командир корабля летчик-испытатель Ю.Т.Алашеев, второй пилот Б.М.Тимо-шок, штурман - П.Н.Руднев, ведущий инженер - В.Н.Бенднеров. От КБ ведущим инженером по Ту-104 назначили Б.Ф.Петрова, общее руководство темой, как и по Ту-16, осуществлял Д.С.Марков, затем Главный конструктор самолета. Первый вылет опытный Ту-104 совершил 17 июня 1955 года. В ходе заводских испытаний были получены данные, практически соответствовавшие требованиям на самолет, изложенным в ПСМ, за исключением длины разбега. Этот недостаток был исправим пекле постановки на самолет двигателей АМ-ЗМ. Самолет рекомендуется на государственные испытания.
Пока шли заводские испытания серийный завод №135 готовился к производству Ту-104. Работа шла как в годы войны: менее чем через год после выхода ПСМ во вновь строющемся сборочном цехе завода заканчивали первый серийный Ту-104, а у цеха еще не была закончена крыша. 5 ноября 1955 года экипаж летчика-испытателя В.Ф.Ковалева поднимает первый серийный самолет в воздух, за ним последовали еще две машины нулевой серии. К маю 1956 года они были готовы к эксплуатационным испытаниям. В августе 1956 г. была готова первая машина головной серии, ее поднимал в воздух и проводил заводские испытания летчик-испытатель серийного завода Ф.Ф.До-ценко. Началось полномасштабное производство Ту-104.
Государственные испытания первая опытная машина проходила в ГК НИИ ВВС с 31 января 1956 года по 15 июня 1956 г. Государственные испытания проводил экипаж во главе с А.К.Стариковым, до этого с успехом проведший испытания Ту-16 и сделавший очень много для того, чтобы и Ту-104 "встал на крыло". На испытаниях был проведен большой объем полетов, связанных с аварийными ситуациями: отказ одного из двигателей на взлете, слив топлива в полете, прерванный взлет, экстренное снижение с больших высот, определение характеристик срыва, проверка эффективности противообледенительных систем и т.д. В ходе государственных испытаний 22 марта 1956 года опытный Ту-104 совершил полет в Лондон с группой дипломатических работников, а также с Председателем КГБ И.А.Серовым, готовившим визит Н.С. Хрущева и Н.А. Булганина в Англию. Появление Ту-104 на Западе вызвало настоящий фурор в авиационных и общественных кругах по ту сторону "Железного занавеса", Западу стало ясно, что СССР блестяще освоил сложнейшие технологии в области самолетостроения и способен производить не только современные боевые реактивные машины (с ними запад в боевой обстановке не так давно познакомился в Корее), но и может производить первоклассные пассажирские реактивные машины.