Несмотря на все сложности, в августе 1944 года был готов эскизный проект, согласно которому самолет «64» представлял собой тяжелый четырехмоторный бомбардировщик, предназначенный для проведения дневных бомбардировочных операций в глубоком тылу противника. Большие скорости и высоты полета, а также мощное оборонительное пушечное вооружение обеспечивали ему возможность действия в зонах с самой сильной ПВО противника. Применение крупнокалиберных бомб (до 5 тонн) определяло высокую эффективность наносимых бомбовых ударов.

Экипаж самолета «64» состоял из 8–9 человек, располагавшихся в двух герметичных и одной негерметичной кабинах. В передней гермокабине находились первый летчик — командир корабля, второй летчик, штурман-бомбардир, бортинженер и радист; в средней находились старший стрелок, левый бортовой стрелок и правый бортовой стрелок; в задней негерметичной кабине находился стрелок кормовой пушечной установки, которого мог заменять один из боковых стрелков.

Бомбардировочное вооружение самолета «64» было рассчитано на возможность резкого увеличения бомбовой нагрузки при действиях по целям, мало удаленным от линии фронта, и на возможность подвески бомб самых крупных калибров, при этом нормальная бомбовая нагрузка составляла 5 тонн, максимально допустимая — 18 тонн!

Бомбардировочное вооружение располагалось так, что ко всем его агрегатам и к бомбам был обеспечен свободный подход на земле и в полете.

Для защиты от атак истребителей противника на самолете «64» была создана мощная система стрелково-пушечного вооружения, обеспечивающая полный круговой обстрел, причем каждая точка пространства обстреливалась, как минимум, четырьмя стволами. Управление башнями электродистанционное, старший стрелок управлял огнем двух верхних башен, бортовые стрелки управляли нижними башнями, причем каждый стрелок мог вести огонь как из одной, так и из обеих башен. Управление передними башнями в случае необходимости могло быть в любой момент переведено в переднюю кабину. Кормовая установка использовалась как дополнительная огневая точка при полетах на малых высотах, на большой же высоте кормовой стрелок переходил в среднюю герметичную кабину.

Самолет был оборудован радиостанциями дальней и межсамолетной связи, радиополукомпасом, радиокомпасом, радиовысотомером, аппаратурой опознавания и другими радиосистемами, позволявшими уверенно выполнять полет по заданному маршруту.

Все основные системы управления самолета «64» были электрифицированы, за исключением управления особо нагруженными агрегатами (шасси, бомбовые люки и т. д.), которые имели гидравлический привод.

Технологически самолет «64» проектировался так, чтобы его можно было строить поточным методом при крупносерийном производстве. С этой целью каркас самолета и оборудование были разбиты на большое число отдельно изготовляемых агрегатов. В конструкции самолета предполагалось широкое применение цветного литья, горячей и холодной штамповки, что позволяло механизировать процесс изготовления деталей самолета.

В ходе эскизного проектирования на окончательном этапе работы рассматривались два варианта самолета «64», отличавшиеся друг от друга геометрическими размерами, компоновкой носовой части фюзеляжа, составом оборудования, вооружением и размещением экипажа.

В первом варианте самолет «64» имел размах крыла 42 метра и длину фюзеляжа 30 метров. Рабочие места летчиков в передней герметичной кабине были приподняты, а сами летчики имели индивидуальные фонари истребительного типа, выходившие за контур фюзеляжа. Экипаж состоял из десяти человек.

На основании предварительных работ по самолету «64» в августе 1944 года ВВС подготовили проект тактико-технических требований к высотному дальнему бомбардировщику с четырьмя двигателями АМ-42ТК. Согласно этому проекту ОКБ А. Н. Туполева должно было спроектировать и построить самолет-бомбардировщик, способный помимо ударных задач вести стратегическую разведку и обеспечивать десантно-транспортные операции.

В варианте дальнего бомбардировщика самолет должен был иметь боевую высоту 9—10 тысяч метров, тактический радиус действий не менее 2000 километров (при полете с бомбовой нагрузкой пять тонн), мощное пушечное вооружение с круговым обстрелом, а также бомбовый отсек, вмещающий 18 тонн бомб (из них две бомбы по пять тонн и четыре бомбы по две тонны). Помимо основного варианта силовой установки с двигателями АМ-42ТК предлагалось проработать возможность использования двигателей АМ-46ТК и М-84.

Состав экипажа и его размещение были близки к первому варианту эскизного проекта «64», проработанному в ОКБ: два летчика, два штурмана, борттехник-стрелок, стрелок-радист и три стрелка, всего девять человек. Экипаж должен был размещаться в герметичных кабинах.

На самолете предлагалось использовать самое современное оборудование, которым располагала на тот период отечественная авиационная промышленность. Как видно из эскизного проекта и требований ВВС к самолету «64», советская авиация должна была в обозримом будущем получить современный дальний бомбардировщик, соответствующий по своим летно-тактическим данным лучшим западным аналогам, в частности американскому Б-29. Однако большим недостатком проекта было отсутствие бортовой радиолокационной станции, связанной с оптическим бомбардировочным прицелом, имевшимся на том же Б-29.

К сентябрю 1944 года был готов макет самолета «64», в том же месяце был проведен первый предварительный осмотр макета заказчиком. Был высказан ряд замечаний, в частности, заказчик потребовал установки бортовой радиолокационной станции. Второй предварительный осмотр после доработок состоялся лишь в феврале 1945 года, и снова последовали замечания заказчика по общей компоновке, оборудованию, вооружению… Можно сказать, что командование ВВС, постепенно знакомясь с реальными образцами западной авиационной техники, все выше и выше поднимало планку требований к новому бомбардировщику, и в какой-то момент эти требования превысили практические возможности советской авиационной промышленности того периода.

В силовой установке самолета предполагалось использовать двигатели АМ-43ТК-300Б или АМ-46ТК-300. Экипаж увеличивался до десяти человек за счет появления в передней герметичной кабине оператора РЛС. Число пушечных установок было сокращено до пяти, число пушек до десяти. В разделе, касавшемся радиотехнического оборудования, появились требования к установке РЛС, радиовысотомеров малых и больших высот, радиоаппаратуры слепой посадки, аппаратуры дальнего самолетовождения по типу западной «Лоран-С», а также аппаратуры радиоопознавания и системы оповещения об облучении хвостовой части.

Макетная комиссия 27 апреля 1945 года утвердила макет самолета «64» с четырьмя двигателями АМ-43ТК-300Б. Работы по самолету продолжались и с окончанием Великой Отечественной войны, и с началом войны холодной. 16 июля 1945 года американцы взорвали свое первое ядерное устройство, а уже в августе испытали его над японскими городами: атомная бомба стала реальностью. В СССР работы Курчатова и его коллег приближали день появления советского ядерного оружия. Вопрос о скорейшем создании носителя нового оружия приобретал крайне острую форму.