В 1927 году появилась концепция "бомбардировщика 3-го класса" - самолета который в мирное время являлся обычным гражданским самолетом, но его конструкция заранее предусматривала возможность подвески бомб и установки пулеметов. В марте 1928 года ЦАГИ приступило к разработке нового самолета АНТ-9 - трехмоторного цельнометаллического моноплана с верхним расположением крыла. Подобная схема в те годы широко применялась на пассажирских лайнерах, поскольку она гарантировала относительную безопасность полета при низкой надежности тогдашних моторов.

В проекте широко использовались узлы и агрегаты других самолетов, созданных в ЦАГИ. Консоли крыла и оперение взяли с Р-6. Фактически заново сделали фюзеляж с центропланом, шасси и мотоустановку. Для первой машины выбрали мотоустановку из трех двигателей Gnome-Rhone Titan. Этот пятицилиндровый звездообразный двигатель воздушного охлаждения был разработан в Англии конструкторами фирмы Bristol, а во Франции выпускался по лицензии.

Многое для новой машины пришлось приобретать за рубежом. В Германии заказали всю систему освещения, аккумуляторы, стекла пилотской кабины, ткань и искусственную кожу для отделки салона. Приборы планировали ставить немецкие и американские. Задержки импортных поставок серьезно тормозили сборку, но 1 мая 1929 года опытный АНТ-9 уже стоял посреди Красной площади, демонстрируя новый успех советского самолетостроения.

Всего несколько дней ушло у М.М.Громова на заводские испытания. После первых полетов Туполев привез на аэродром свою семью и, вопреки всем инструкциям, буквально заставил летчиков поднять в воздух незапланированных пассажиров. В отчете по госипытаниям говорилось: "Как по скоростям, так и по скороподъемности самолет АНТ-9 представляет собой очень хороший пассажирский самолет и в некоторых качествах имеет несомненное преимущество перед лучшими заграничными аналогичными по мощности самолетами".

В июле самолет, на борту которого появилась надпись "Крылья Советов", отправился в заграничное турне. Пилотировал самолет Громов.

Первоначально предполагалось, что серийные АНТ-9 тоже получат моторы Titan, как и опытный самолет, но потом решили установить более мощные двигатели Wright J5. Это позволило увеличить скорость и грузоподъемность, хотя и за счет некоторого уменьшения дальности. Однако запасы американских двигателей быстро иссякли, а переговоры о их выпуске в СССР зашли в тупик. Часть самолетов была выпущена для гражданского флота с двигателями М-26, мощностью 360л.с.

Первые АНТ-9 поступили на вооружение ВВС РККА в марте-апреле 1931 года. С этими самолетами связаны первые учения советских воздушно-десантных войск. Документов об испытании бомбардировочного варианта АНТ-9 найти не удалось. Известно лишь заключение Алксниса о том, что АНТ-9 как бомбардировщики использованы быть не могут. АНТ-9 довольно долго эксплуатировала эскадрилья особого назначения ВВС для перевозки начальства по гарнизонам.

Гражданский воздушный флот начал осваивать АНТ-9 раньше, чем военная авиация. АНТ-9 обычно летали с экипажем из двух человек - пилота и бортмеханика. Машины с более надежными моторами Wright эксплуатировали, в основном, в Западно-Сибирском управлении, а с М-26 - в центральной части России. Часть самолетов направили в летные школы гражданской авиации. Самолет поначалу отличался высокой аварийностью, особенно из-за низкой надежности моторов М-26. В связи с этим было предложено разработать вариант с двумя М-17. В освободившейся носовой части можно было разместить рабочее место штурмана и еще одну пулеметную установку. Но проект военно-транспортного варианта двухмоторного АНТ-9 остался только на бумаге.

Более мощные и тяжелые двигатели привели к некоторому ухудшению пилотажных свойств, увеличился и вес самолета. В 1935 году сборку АНТ-9 окончательно прекратили. Общее количество построенных машин можно оценить примерно в 100 экземпляров.

С 1935 года АНТ-9 стали называть ПС-9, а после того, как Туполева объявили "врагом народа", аббревиатура АНТ и вовсе исчезла из документов. ПС-9 довольно долго оставался флагманом ГВФ. Более крупные по размерам и пассажировместимости АНТ-14 и АНТ-20 "Максим Горький" являлись лишь единичными образцами. Несмотря на потери в авариях и катастрофах, количество АНТ-9 в парке ГВФ постепенно росло и в 1935 году достигло 51 машины. Они обслуживали такие важные линии, как Москва-Харьков, Москва-Казань, Новосибирск-Кемерово, и много местных трасс.

Весьма экзотичный экземпляр под именем "Крокодил" эксплуатировались в агитэскадрилье им.Горького. Над ним шефствовал одноименный сатирический журнал. Для придания машине специфических "крокодильих" форм ей сделали нестандартный вытянутый и чуть вздернутый вверх носовой обтекатель, а поверху фюзеляжа - декоративный зубчатый гребень. На носу, разумеется, изобразили зубастую пасть.

К 1936 году почти все АНТ-9 были уже порядком изношены, но их списание требовалось чем-то компенсировать, а промышленность не могла предложить ничего подходящего. Лишь весной 1941 года ПС-84 (Ли-2) вытеснили их с наиболее важных линий. ПС-9 оказались очень "живучими". Они уже выработали многократно продлевавшийся ресурс, на них стояли моторы, прошедшие по пять капремонтов, но отдельные самолеты продолжали летать вплоть до 1944 года.