Приемка самолета военными шла полным ходом, в дружной работе решались многие проблемы между ОКБ и заказчиком, например, когда возникли сомнения со стороны штурмана-бомбардира С.А.Черкасова, принимавшего систему вооружения, по оговоренному в инструкции по эксплуатации времени подвески бомб, ему силами ведущего конструктора по вооружению С.И.Савельева и четырех рабочих дважды под хронометраж Черкасова подвесили бомбы в бомбоотсек и оба раза уложились в норматив. После этого военные стали относиться к заводской бригаде с большим доверием и уважением, и вся дальнейшая работа проходила исключительно дружно и деловито.
После всех необходимых наземных проверок систем самолета экипаж перегнал самолет на аэродром НИИ ВВС. Этот перелет был засчитан за контрольный облет после ремонта. Весь процесс передачи самолета на совместные с ВВС испытания был закончен в течение трех дней. К этому времени была подготовлена программа летных испытаний, к выполнению которой вскоре приступила бригада НИИ ВВС совместно с представителями промышленности.
В предыдущих заводских испытательных полетах не удалось достигнуть максимальных скоростей полета на расчетной высоте. Недобор скорости оказался достаточно большим и равнялся 15% от заявленной. На том этапе причину недобора скорости видели в неточности замеров и их послеполетной обработке. Предполагалось, что на совместных испытаниях вое встанет на свои места.
1-й этап государственных испытаний опытного ТБ-7 4М-34ФРН + М-100 начался 11 августа и закончился 18 октября 1937 года.
На этом этапе в основном определялись летные характеристики самолета и их соответствие ТТТ ВВС. По всем параметрам были получены вполне удовлетворительные результаты, кроме заявленной максимальной скорости (как и на заводских испытаниях). Это обстоятельство серьезно обеспокоило ОКБ. Обо всех перепетиях испытаний было доложено В.М.Петлякову, он также был обеспокоен недобором скорости, но заняться ему этой проблемой не пришлось.
Через неделю после ареста А.Н.Туполева НКВД арестовывает и В.М.Петлякова. По делу Андрея Николаевича он проходит в первых рядах. Больше темой ТБ-7 ему заниматься не придется, хотя в том самом роковом "37-м" на столе у В.М.Петлякова лежало несколько перспективных проектов дальнейшего развития ТБ-7.
В том году прорабатывался вопрос установки на ТБ-7 двух паротурбинных двигателей. Данным типом авиационных силовых установок занимался ХАИ, где в работах по этой теме участвовал A.М.Люлька. ОКБ, ХАИ и Бюро прямоточного котлостроения провело предварительную проработку, составив требования к паротурбинной авиационной силовой установке. Требования были следующие: установка должна представлять собой двигатель, скомпонованный в едином агрегате; мощность на высоте 10000 м – 2500 л.с, взлетная – 2500 л.с; длина агрегата от втулки винта до заднего конца – не более 3000 мм; в поперечном сечении габарит агрегата должен вписываться в круг диаметром 800 мм, в крайнем случае – в квадрат со стороной 800 мм.Дапьнейшего развития идея паротурбинной установки для ТБ-7 развития не получила.
Прорабатывался вариант ТБ-7 с гермокабинами вентиляционного типа. Но, пожалуй, самый экзотическим был проект на тему ТБ-7 со стреловидным крылом и ТРД (нечто подобное, по воспоминаниям знаменитого российского авиационного историка П.Дузя, много лет спустя обнаружили в одной из петляковских папок с эскизами).
После ареста А.Н.Туполева и B.М.Петлякова руководство КБ-1 было возложено на И.Ф.Незваля, ему же было поручено принять на себя все заботы и ответственность по теме "42" (о шифре АНТ-42 после 23 октября 1937 года, дня ареста А.Н.Туполева, следовало забыть). И.Ф.Незваль, в отсутствии В.М.Петлякова и А.Н.Туполева, стал фактически руководителем темы. Именно благодаря ему удалось довести машину, запустить ее в серию, несмотря на более чем изменчивое отношение в верхах к этой машине и к самой концепции тяжелого стратегического самолета и его места в советских ВВС накануне Второй мировой войны.
На фоне очередной "недели сада", наступившей в конце 1937 – начале 1938 годов, испытания опытного ТБ-7 продолжались. Народ дрожал, но работал, считая, что чаша сия минует их. К счастью, техника, созданная ими, их не подвела. Похоже, удалось создать удачный самолет, системы которого требовали массы доработок, но сама идея и многие техничеcкие решения оказались жизнеспособными.
В отчете по первому этапу испытаний отмечалось, что полученные летные данные с работой АЦН-2 являются неокончательными из-за неудовлетворительной работы всей вин- то-моторной группы, недостаточного диапазона углов поворота ВПШ-3, в силу чего невозможно было снять полную мощность с двигателей на границе высотности, из-за невозможности получения полных оборотов двигателя М-100 (2120 об/мин, вместо 2400 об/мин). В ходе 1-го этапа летных испытаний удалось получить следующие максимальные скорости:
Без работы АЦН-2 при полетной массе 23858 кг: у земли – 320 км/ч, на высоте 1000 м – 333 км/ч, на 2000 м – 345 км/ч, на 3000 м – 358 км/ч, на 3100 м – 360 км/ч, на 4000 м – 357 км/ч, на 5000 м – 351 км/ч, на 6000 м – 340 км/ч и на 7000 м – 312 км/ч. С работающим АЦН-2: у земли 320 км/ч, на 1000 м – 333 км/ч, на 2000 м – 345 км/ч, на 3000 м – 358 км/ч, на 4000 м – 370 км/ч, на 5000 м – 380 км/ч, на 6000 м – 389 км/ч, на 7000 м – 397 км/ч, на 7900 м – 403 км/ч, на 8000 м – 403 км/ч, на 9000 м – 384 км/ч и на 10000 м – 348 км/ч. Без работы АЦН-2 скороподъемность до высоты 3000 м оставалась постоянной – 5,3 м /с, далее падала до 0,9 м/с на высоте 7000 м и на практическом потолке 7550 м – до 0,5 м/с. 7000 м машина набирала за 35,9 мин, практический потолок – за 55 мин. С работающим АЦН-2, при его включении на высоте 4200 м, скороподъемность на 3000 м составляла 5,3 м/с, на 4000 м – 4,3 м/с, далее падала до 1,35 м/с на высоте 10000 м и на практическом потолке 10800 м до 0,5 м/с. 10000 м набирались за 45,5 мин, практический потолок – за 62 мин. Теоретический потолок равнялся 11300 м. Отмечалось, что на самолете установлены опытные двигатели М-34ФРН, не прошедшие государственных испытаний, мощность которых на номинальном режиме была ограничена 1050 л.с., вместо 1200 л.с.