Самолет Петляков Пе-8 был единственным в СССР тяжелым четырехмоторным бомбардировщиком во время Второй мировой войны. Первоначальная конструкторская концепция его была обрисована А. Н. Туполевым еще в середине 1934 г. Обозначенный как АНТ-42, он представлял собой свободнонесущий среднеплан цельнометаллической конструкции, имел шасси с хвостовым колесом, основные стойки которого убирались. Планировавшейся силовой установкой были четыре установленных на крыле двигателя с центральным нагнетателем, расположенным в фюзеляже. Но во время первого полета 27 декабря 1936 г. не было возможности установить нагнетатель АЦН, и самолет был снабжен четырьмя V-образными двигателями Микулина М-100 мощностью 820 кВт (1100 л.с.). Официальные испытания были завершены в 1937 г.

Второй опытный самолет АНТ-42 имел много усовершенствований, включая нагнетатель АЦН-2, приводимый в движение двигателем М-100А. Самолет имел экипаж из 11 человек и вооружение, включающее в себя электроприводные надфюзеляжную и подфюзеляжную турели, в каждой из которых был установлен пулемет ШКАС калибра 7,62 мм (0,3 дюйма); носовую турель с одним пулеметом ШКАС, плюс позиции позади каждой гондолы внутреннего по размаху двигателя, которые были оборудована одним пулеметом калибра 12,7 мм (0,5 дюйма). Стандартная бомбовая нагрузка составляла шесть бомб массой 100 кг или четыре бомбы массой 250 кг, но на небольшие дистанции могла переноситься максимальная нагрузка в 4000 кг. Производство пяти предсерийных самолетов под обозначением ТБ-7 было санкционировано в апреле 1937 г. Они отличались от модели АНТ-42 тем, что был убран центральный нагнетатель АЦН, а основные двигатели были заменены на моторы с нагнетателями АМ-35. В то же время были сделаны некоторые улучшения в конструкции планера, и поставки начались в мае 1940 г. Летные характеристики с силовой установкой АМ-35 были малоудовлетворительными, что привело к оценочным испытаниям нескольких разных двигателей.

В октябре 1940 г. в качестве стандартной силовой установки был выбран дизельный двигатель АЧ-40 мощностью 1044 кВт (1400 л.с.). Он оказался ненадежным, что привело к продолжению использования двигателей АМ-35А мощностью 1007 кВт (1350 л.с.). Затем самолеты были оснащены новыми дизельными двигателями АЧ-30B мощностью 1119 кВт (1500 л.с.). При бомбардировке Берлина в августе 1941 г. выяснилось, что они тоже ненадежны. Было решено прекратить использование дизельных двигателей. К тому времени обозначение ТБ-7 было сменено на Пе-8, и к окончанию серийного производства в октябре 1941 г. было построено в общей сложности 79 таких самолетов; к концу 1942 г. примерно на 48 из общего числа самолетов были установлены двигатели АШ-82ФН. Один самолет с двигателями АМ-35А совершил великолепный полет с промежуточными посадками из Москвы в Вашингтон и обратно в период с 19 мая по 13 июня 1942 г. Уцелевшие самолеты интенсивно использовались в 1942-43 гг. для ближней поддержки, а с февраля 1943 г. для доставки бомб ФАБ-5000НГ весом 5000 кг для точной атаки на специальные цели. После войны, в 1952 г., два Пе-8 сыграли ключевую роль в основании арктической станции, совершив беспосадочные перелеты дальностью 5000 км (3107 миль).