Проектирование самого крупного из летавших сухопутных самолетов тридцатых годов, получившего обозначение АНТ-20, стало логическим развитием работ по дальнейшему наращиванию массо-габаритных параметров тяжелых и сверхтяжелых самолетов, при сохранении в основном выбранной компоновочной и конструктивной исходных схем, принятых для АНТ-4 и развитых в АНТ-6 и АНТ-16.

В группе писателей и журналистов, возглавляемой М.Кольцовым, родилась идея отметить сорокалетие литературной деятельности М.Горького постройкой самолета-гиганта невиданных ранее размеров. Был создан Всесоюзный комитет по строительству самолета, по всей стране начался сбор денег на постройку, давший около 6 млн.рублей. В проекте предусматривалась возможность использования самолета в качестве агитационного, пассажирского, транспортного, бомбовоза, он мог служить передвижным штабом для высших военных и политических структур власти.

Самолет АНТ-20 ("Максим Горький") разрабатывался на основе проекта АНТ-16, но должен был нести на 1500кг большую полезную нагрузку и эксплуатироваться с относительно небольших аэродромов: длина разбега его при взлете должна была составлять всего 300-400м (вместо 800м у ТБ-4). В связи с этим было спроектировано новое крыло, имевшее увеличенные площадь и удлинение. Так как он обладал еще большими размерами и массой, на него установили, кроме шести моторов в крыле, еще два таких же двигателя, расположив их один за другим в специальной установке над фюзеляжем.

Особое внимание при создании АНТ-20 было обращено на проектирование различных систем самолета и оборудования. На АНТ-20 впервые для тяжелого самолета в системе управления была применена жесткая трубчатая проводка, переставной стабилизатор с электроуправлением, электросервопривода в системе управления и в силовой установке. Пилотажно-навигационное оборудование самолета обеспечивало его эксплуатацию днем и ночью, в том числе ночные посадки на неподготовленной местности, впервые в отечественной практике в состав оборудования был включен автопилот.

Как и все предыдущие самолеты Туполева, "МГ" был выполнен из дюралюминия и имел гофрированную обшивку. Огромные размеры позволяли разместить пассажиров не только в фюзеляже, но и в центральной части крыла, толщиной свыше двух метров. Экипаж через проходы в крыле имел возможность подойти к двигателям для исправления возможных неисправностей в полете. Посадка в самолет экипажа и пассажиров осуществлялась через встроенный трап в нижней части фюзеляжа. Много внимания уделялось комфорту на борту самолета. В пассажирских отсеках были ковры, просторные кресла, занавески на окнах, столики с настольными лампами. Имелись также спальные каюты, электрифицированный буфет с горячими и холодными закусками, склад для провизии, библиотека, багажное отделение, умывальники и туалеты.

В июне 1934 года Михаил Громов впервые поднял машину в воздух. Летчик отметил простоту и легкость управления громадным самолетом. Второй полет состоялся через два дня. "МГ", эскортируемый двумя истребителями И-4, пролетел над Красной площадью приветствуя вернувшихся из ледового плена челюскинцев. В том же 1934 году Громов и Журов на этом самолете установили два мировых рекорда, подняв груз массой 10000кг и 15000кг на высоту 5000м.

Но 18 мая 1935 года в небе над Москвой на глазах у тысяч людей произошла крупнейшая авиакатастрофа: истребитель И-5, сопровождавший АНТ-20 во время демонстрационного полета, выполняя фигуры высшего пилотажа, врезался в крыло воздушного гиганта и обе машины рухнули на землю. Погибли 50 человек - пассажиры и экипаж "Максима Горького", а также пилот истребителя.

В тот же день, когда разбился "Максим Горький", правительство постановило взамен погибшего самолета построить три новых таких же машины: "Владимир Ленин", "Иосиф Сталин" и "Максим Горький". Огромная сумма, собранная в результате народного сбора средств, позволила довести список именных пассажирских самолетов такого же класса до шестнадцати.

Серийный самолет получил обозначение АНТ-20бис. Основные отличия коснулись силовой установки и компоновки фюзеляжа. Появление более мощных двигателей модификации М-34ФРНВ позволило отказаться от тандемной установки над фюзеляжем. Для размещения 60 пассажиров оборудовали три салона и четыре спальных кабины. Экипаж состоял из восьми человек: два пилота, штурман, бортинженер, два механика и бортпроводница.

Строительство самолета шло медленно, поскольку основной продукцией завода в Казани был объявлен четырехмоторный тяжелый бомбардировщик ТБ-7. Единственная серийная машина, получившая обозначение ПС-124, была выведена на аэродром весной 1939 года. Затем ПС-124 перегнали в Москву, где он успешно прошел государственные испытания и был передан Аэрофлоту. Под бортовым номером Л-760 самолет совершал регулярные рейсы на линии Москва-Минеральные воды, а когда во время войны немцы приблизились к Москве, его отправили в Ташкент для перевозки пассажиров.

В декабре 1942 года самолет погиб в авиакатастрофе, которая унесла жизни всех 26 пассажиров и 10 членов экипажа. Во время полета из Ташкента в Чарджоу командир экипажа разрешил одному из пассажиров, летчику, подменить его за штурвалом, а сам покинул кабину. Вероятно, нечаянно был включен механизм перестановки стабилизатора на пикирование, и ни пассажир за штурвалом, ни второй пилот не успели разобраться в ситуации. Самолет с высоты 500м перешел в пикирование и врезался в землю.

Помимо агитационного и пассажирского самолетов в КБ прорабатывался военный вариант самолета. В ноябре 1933 года велось обсуждение возможности использования "МГ" как десантного самолета и бомбардировщика ТБ-4МГ с пулеметно-пушечным оборонительным и бомбардировочным вооружением, рассчитанным на применение бомб калибра до 2000кг. Проект не был реализован.

Заложенная серия АНТ-20бис была остановлена, были также приостановлены работы над военными вариантами АНТ-20: как пассажирский самолет для ГВФ, при существовавших пассажиропотоках в СССР, он был просто не нужен, а в качестве тяжелого бомбардировщика и десантно-транспортного самолета, обладая большой грузоподъемностью при относительно малых скоростях и высотах полета, начиная со второй половины тридцатых годов АНТ-20 становился сравнительно легкой добычей для средств ПВО и истребительной фронтовой авиации противника.

"Максим Горький" и его дублер были последними самолетами-гигантами Туполева с толстым крылом с гофрированной обшивкой и неубирающимся шасси. Им на смену пришло новое поколение самолетов - меньших по размерам и весу, но зато обладающих намного большими скоростью и высотой полета.