Сборку самолета «103» начали в мае 1940 года. В эти дни советская делегация нанесла визит в Германию. Немцы продемонстрировали многие новые машины, в том числе двухмоторный Ju 88. Представителям советских ВВС понравилась идея поместить экипаж в носовой кабине. Появилось предложение использовать такую кабину на «103». Предложение исполнили. Самолет подвергся переработке. Одновременно с новой кабиной в состав экипажа ввели четвертого члена — штурмана, который должен был сидеть рядом с пилотом. Организовали также еще одну огневую точку. Получившаяся модификация называлась «103У» (АНТ-59).

С мая 1940 года работы повелись в трех направлениях.

Самолет «103» 2АМ-37

Самолет «103У» 2АМ-37

Самолет «103» («103В») 2М-120

В июле 1940 года приступили к постройке прототипа «103У». Первым завершили «103» 2АМ-37. Готовый самолет разобрали и перевезли на аэродром НИИ ВВС в Чкаловске. 4 декабря 1940 года приказом НКАП (Народный комиссариат авиационной промышленности) № 689 укомплектовали экипаж для испытаний прототипа. Первым пилотом назначили М. А. Нючтикова, вторым пилотом — Ф.Ф. Опадчего, а штурманом — A.M. Акопяна. 8 января 1941 года самолет собрали и через три недели провели первый полет. Заводские испытания продолжались до мая 1941 года. В июне и июле проходили государственные испытания машины. Прототип «103» показал следующие характеристики:

Двигатели: 2 АМ-37 жидкостного охлаждения, мощностью по 1400 л.с.

Винты: трехлопастные ВИШ-61Т диаметром 3,4 м

Длина: 13,2 м

Размах: 18,8 м

Высота: 4,5 м

Нормальная взлетная масса: 9950 кг

Максимальная взлетная масса: 10992 кг

Нормальная бомбовая нагрузка: 1000 кг

Максимальная бомбовая нагрузка: 2000 кг

Максимальная скорость: 635 км/ч на высоте 8000 м

Скороподъемность: 5000 м за 8,6 мин

Потолок: 10600 м

Разбег: 440 м

Пробег: 730 м

Вооружение 2 ШВАК калибра 20 мм, 4 ШКАС калибра 7,62 мм

Экипаж: 3 человека.

Характеристики самолета «103» делали его одним из лучших в мире бомбардировщиков в своем классе. Самолет мог наносить удары как по площадям, так и по точечным целям с горизонтального полета или из пике. Самолет мог нести бомбы массой от 100 до 1000 кг. Наступательное вооружение дополняли две 20-мм пушки ШВАК и два 7,62-мм пулемета ШКАС. Еще два пулемета прикрывали заднюю полусферу. Места членов экипажа защищались броней, все бензобаки имели самогерметизирующиеся стенки и систему заполнения инертным газом. Самолет «103» 2АМ-37 развивал скорость, сравнимую со скоростью современных ему истребителей.

Прототип «103ВС» на территории завода № 166 в Омске, весна 1942 года.

Серийный Ту-2ВС (100717) из последней 7-й серии завода № 166, был собран 24 декабря 1942 года в Омске. Испытания самолета проводились в июне 1943 года. Управлял самолетом А.В. Чесалов. На самолете стояли моторы М-82ФН (АШ-82ФН).

Самолет «103У» 2АМ-37

В мае 1940 года командование ВВС РККА предъявило дополнительные требования к самолету «103». Было приказано увеличить экипаж на одного человека, при этом штурман должен был занимать место рядом с пилотом, как это было на немецких самолетах. Кроме того, требовалось установить дополнительную огневую точку для обороны задней полусферы и внести в конструкцию самолета несколько других изменений. Введение в экипаж четвертого члена потребовало заметных изменений в носовой части фюзеляжа. Нос пришлось расширить, так что теперь в плане сверху кабина чем-то напоминала головастика. Макет «103У» был одобрен комиссией ВВС 23 августа 1940 года. Сборку прототипа «103У» АМ-37 завершили 9 апреля 1941 года. 15 мая пилот М.А. Нючтиков в первый раз поднял машину в воздух.

В июне-июле 1941 года прошли государственные испытания, на которых самолет показал следующие характеристики:

Двигатели: 2 АМ-37 жидкостного охлаждения, мощностью по 1400 л.с.

Винты: трехлопастные ВИШ-61И диаметром 3,8 м

Длина: 13,8 м

Размах: 18,8 м

Высота: 4,5 м

Нормальная взлетная масса: 10435 кг

Максимальная взлетная масса: 11477 кг

Нормальная бомбовая нагрузка: 1000 кг

Максимальная бомбовая нагрузка: 2000 кг

Максимальная скорость: 610 км/ч на высоте 7800 м

Скороподъемность: 5000 м за 9,5 мин

Потолок: 10500 м

Дальность полета: 1900 км

Вооружение 2 ШВАК калибра 20 мм, 5 ШКАС калибра 7,62 мм, под крыльями предусмотрено место для 10 ракет РС-82

Экипаж: 4 человека.

Испытания показали, что необходимо улучшить продольную устойчивость самолета. Проблему решили, увеличив площадь хвостового оперения с 4,37 до 5,28 м².

6 июля 1941 года, когда испытания уже приближались к концу, произошла авария. Во время одного из полетов разрушился пропеллер. Обломками лопастей повредило двигатель и фюзеляж и убило штурмана A.M. Акопяна. Пилоту М.А. Нюхтикову пришлось прыгать с парашютом. Инженер Мальцев не успел покинуть самолет и погиб под обломками машины.