在所有的让步中，为新型图-4轰炸机选择发动机是至关重要的。苏联的发动机设计师阿卡迪亚•什韦佐夫（Arkadiy Shvetsov）从图波列夫那里得知，他不必复制B-29功率强大的2200马力莱特R-3350发动机。相反，图波列夫批准了什韦佐夫的要求，将为图-4装配一种新发动机，该发动机为之前设计的M-71发动机的一种改进型，也可以视为莱特发动机的一种“克隆型号”。最终的ASh-73TK发动机将拥有2300马力的动力，不过，至少在最初的生产中，什韦佐夫的设计被证明尚不足以赶上莱特R-3350的性能。发动机过热和螺旋桨频繁发生故障是一直存在的问题。饶是如此，ASh-73TK在设计上是可靠的，随后的改进消除了问题。
苏联人在某些复制工作方面的努力取得了令人惊讶的成功。B-29轰炸机上较为复杂的装置之一就是中央火控系统，这是一套计算机化的遥控射击系统，水泡状有机玻璃座舱内只有瞄准设备、控制装置和炮手，他们通过电缆连接着安装有航空机枪的遥控射击炮塔。该系统集成了复杂的电路和开关，对B-29上的任何一位炮手而言，只要他可以正确地瞄准，那么他就能控制任何一座炮塔开火。托罗波夫（I. I. Toropov）在仿制此系统上投入了大量的才华和精力。他的成功使图波列夫大为惊讶，并令西方的观察家感到震惊，因为他们原本认为这种先进的系统超出了苏联人的能力范围。
同样重要的，是决定用苏联的NS-23航炮取代B-29上的12.7毫米口径机枪，这是斯大林批准的另一项让步。图波列夫还希望，为图-4轰炸机配备一个比以往苏联制造的所有飞机的弹舱都要大的弹舱。起落架的收放系统也存在不小的问题，而且苏联的航空工业当时无法生产用于B-29起落架的超大轮胎。面对复制B-29的超大轮胎和复杂设备的任务，苏联人采取了一种独特的方法：派特工到西方国家，在战争剩余物资市场上购买这些东西。
图-4轰炸机上，所有的炮塔都用23毫米口径航炮取代了美式设计中的12.7毫米口径机枪
在西方，关于苏联人如何研制图-4轰炸机的传闻有很多。这些流传了几十年的说法给人们造成了这样的印象，即B-29轰炸机是被严格、甚至是以一些荒唐的方式被复制的。这些传闻向人们暗示，图波列夫和他的团队盲目地复制了波音设计的各个方面。如前文所述，图波列夫确实批准了对诸如机身口盖之类的细节的精确复制，以及精确保留了“不刮胡子的流浪汉”号上采用的内部喷漆方案的色调。还有传言称，就连机翼上的破损也都被仔细地复制了，这些传闻无疑夸大了真实的情况。
图波列夫还必须与苏联航空工业中一些“官僚主义”的习惯做法作斗争。几十年来，苏联设计师设计出了一大批出色的飞机或原型机，但一大问题是，这些飞机在进行批量生产时往往无法达到设计标准。苏联的航空工厂在飞机的批量生产中难以维持质量控制，飞机越复杂，结果越令人失望。在战争年代，大量生产设计简单的军用飞机是较为容易的，例如，苏联在二战中生产了3.3万多架伊柳辛设计局设计的伊尔-2“斯图莫维克”强击机，该机以其坚固耐用和简单的机载设备而著称。这样的飞机在很大程度上可以用大批非熟练工来制造。相反，生产图-4轰炸机则要求与数十年的工业实践积淀相对应的精密工业生产水平。然而，苏联人在工业方面取得了西方人所没有料到的进步，他们成功了：该项目启动不到两年，第一批图-4轰炸机就按计划于1947年下线了。随着生产规模的扩大，更多的工厂也被动员了起来。
图波列夫挑选了三名杰出的试飞员——尼古拉•雷比科、马克•加莱和瓦西里琴科（A. G. Vasil'chenko）进行第一架下线的图-4轰炸机的首飞工作。最终，雷比科获准（作为主驾驶）驾机执行首飞计划，定于1947年5月进行飞行。保卫工作很严密，但是等相关消息传出后，工人们就涌向了工厂附近飞机跑道的边缘。在研制图-4轰炸机的过程中，工人们做出了巨大的牺牲，他们不想错过亲眼目睹第一次飞行的机会。成千上万的人拥挤在道路和工厂机场的外部，一眼就能看到飞机。当雷比科驾驶这架崭新的图-4升空时，工人们当中爆发出了一阵阵欢呼声。
工厂试飞期间的第一架图-4轰炸机
科波尔还说，后来马克•加莱曾驾驶着一架崭新的图-4从喀山飞往莫斯科，而他（科波尔）曾作为乘客搭乘过这架“航班”。在飞行过程中，增压机舱内充满了热空气，没人能使空调正常工作。科波尔还记得取消了地面上的欢迎接待会时的尴尬，因为机上的每个人身上都浸透了汗水，看起来就像是“刚刚从索契海滩上走出来的一样”。
图-4轰炸机在1947年8月举行的“航空节”上首次公开亮相，举办地点是在莫斯科的图西诺机场。包括西方各大国在内的外国观察员（特别是他们的军事人员）都受到了邀请。先是三架图-4轰炸机，紧接着是一架图-70客机从600英尺（约183米）的高度飞过。其中一架图-4轰炸机是由戈洛瓦诺夫空军中将亲自驾驶的。当西方观察员们数出三架轰炸机时，他们以为苏联人正在驾驶的是“消失”已久、在战争期间被苏联方面扣押的B-29轰炸机。但是，图-70的出现清楚地表明，苏联人正在飞的是他们“克隆”的B-29。这个精心策划的活动顿时成了西方报纸上的头条新闻，尽管很少有人意识到为了让这四架飞机升空，苏联方面有多么地捉襟见肘：图-70客机装有从拆解后的“特别的阿诺德将军”号那里获得的同类零件，这样才使其具备了适航性。
图-70客机原型机
图-4轰炸机的作战部署导致了一系列故障或者说近乎灾难的发生，原因是飞机遇到了诸如发动机过热等初期问题，这些故障也是美国人在使用第一代B-29时得到的经验。苏联工程师还对许多其他问题感到担忧，如螺旋桨失控、除冰系统故障以及起落架长期故障等。
拉斐尔•卡普雷扬（Rafael I. Kapreylan）是首批驾驶这款新型轰炸机的人之一，在一次飞行中，他的起落架无法完全放下，但他最终设法成功地放下了右侧的主起落架，从而挽救了自己、机组人员和飞机。试飞员瓦西里琴科在飞行中曾发生过发动机起火的险情，由于担心发生最坏的情况，因此他命令机组人员跳伞。在11名机组人员中的9名跳出机舱后，大火熄灭了，他得以安全地驾驶轰炸机降落。随着时间的推移，这些问题相继得到了解决，但是在该项目的初期，图-4轰炸机总是让人缺乏信心。