В начале 1931 года бригада Сухого, входившая в состав конструкторского коллектива Туполева, приступила к разработке рабочих чертежей самолета АНТ-25 (РД - рекорд дальности), который выполнялся по схеме трехместного цельнометаллического низкоплана с одним двигателем М-34. Главной особенностью аэродинамической схемы самолета АНТ-25 являлось применение на нем крыла с необычно большими значениями относительного удлинения и сужения, что обеспечивало снижение индуктивного сопротивления крыла. В убранном положении колеса главного шасси входили в хвостовую часть крыла на половину своего диаметра и закрывались обтекателями. Хвостовое подфюзеляжное колесо шасси также наполовину закрывалось обтекателем. Обшивка носка и части поверхности крыла первого опытного самолета АНТ-25 была запроектирована гофрированной.

К передней части фюзеляжа крепилась моторама с двигателем М-34, отделенная противопожарной перегородкой от трехместной кабины экипажа. В кабине экипажа последовательно размещались: рабочее место первого летчика под прозрачным откидным фонарем; спальное место летчиков; рабочее место штурмана с астролюком на верхней части фюзеляжа и рабочее место второго летчика с постами управления самолетом, с обзором окружающего пространства через боковые фюзеляжные окна и с застекленной верхней откидывающейся крышкой люка.

На борту АНТ-25 предполагалось установить наиболее совершенное по тому времени пилотажное и навигационное оборудование: авиагоризонт, гиромагнитный компас, гиро- и радиополукомпас, авиационный секстант. Такое оборудование обеспечивало экипажу возможность выполнять полет днем и ночью, а также в облаках. Общий запас топлива в баках достигал 6100кг, что должно было обеспечить беспосадочный полет в течение около 75ч при максимальной взлетной массе самолета 16500кг и крейсерской скорости 165км/ч.

В июне 1933 года под управлением летчика Громова состоялся первый полет опытного самолета АНТ-25 с двигателем М-34 без редуктора. По оценке Громова самолет оказался устойчивым и простым в управлении. С конца июня 1934 года первый экипаж в составе Громова, Филина, Спирина начал выполнять дальние испытательные полеты. Абсолютный мировой рекорд дальности беспосадочного полета по замкнутому маршруту 12411км, установленный на одномоторном самолете АНТ-25, держался много лет.

В августе 1935 года состоялась первая попытка перелета в США через Северный полюс. Командиром был назначен Леваневский, вторым пилотом Байдуков, штурманом Левченко. Но в районе Баренцева моря летчики заметили течь масла и командир принял решение возвращаться.

В июле 1936 года летчики Чкалов, Байдуков и штурман Беляков совершили беспосадочный перелет из Москвы над заполярными районами на Дальний Восток. Через год, в июне 1937 года, тот же экипаж, стартовав в Москве, впервые в истории авиации пролетел через Северный полюс и совершил посадку в городе Ванкувер, США.

Вскоре после экипажа Чкалова, 12 июля 1937 года, с подмосковного аэродрома стартовал еще один самолет АНТ-25. Его также через Северный полюс вели летчики Громов, Юмашев и штурман Данилин. Погода на трассе была более благоприятной, и экипаж смог за 62 часа 17 минут пролететь 11500км (по прямой 10148км), что стало абсолютным мировым рекордом дальности полета по прямой. После посадки у города Сан-Джасинто, на границе США и Мексики, в баках самолета оставалось горючего еще на полторы тысячи километров.

Для обеспечения рекордных полетов тяжелонагруженных самолетов впервые в СССР соорудили бетонную взлетно-посадочную полосу со стартовой горкой.

Испытания РД показали, что конструкция перетяжелена, эффективность элеронов и руля поворота малы, а нагрузки на рули велики, что делает самолет опасным при сильной турбулентности. Требовалась также доводка винтомоторной группы. Тем не менее в 1934 году началось серийное производство дальнего бомбардировщика ДБ-1 под индексом АНТ-36, на который устанавливался полный комплект вооружения, включая кассеты для десяти 100-кг бомб. Планировалось и оборонительное вооружение - четыре пулемета. Емкость топливных баков уменьшили до 4900 литров, а полетный вес не превышал 7806кг. Обшивка была полностью гладкая. Построили партию из 20 машин, которые использовались, в основном, для испытаний. Военная комиссия отказалась принять самолет как явно непригодный к эксплуатации в ВВС. Одновременно с этим было дано задание на серийное производство 30 дальних бомбардировщиков ДБ-2, которые можно считать глубокой модификацией РД.