В 1937 году в КБ был подготовлен эскизный проект пассажирского двух- двигательного самолета класса всемирно известного транспортного и пассажирского ДС-3. Проект получил обозначение по КБ АНТ- 50. Самолет, согласно проекта, разрабатывался на базе конструкции и агрегатов АНТ-41 (Т-1) и должен был оснащаться двумя двигателями типа АМ-34.

К середине 30-х годов в мировом самолетостроении на основании проектирования и эксплуатации самолетов фронтовой авиации (легкие бомбардировщики, разведчики, штурмовики) сложился новый тип фронтового самолета универсального типа, или как как тогда было принято говорить 'комбинированного типа', который с успехом мог бы решать задачи, возлагавшиеся на эти типы фронтовых машин, плюс выполнять функции двухместного истребителя. Во второй половине 30-х годов целая серия таких машин была разработана практически во всех ведущих авиационных странах мира. В СССР создание такого самолета, стало целью программы 'Иванов', предусматривавшей проектирование несколькими КБ опытных одномоторных разведчиков-легких бомбардировщиков, способных, в случае дополнительного усиления вооружения и бронирования выполнять функции штурмовика. Самолет должен был быть приспособлен для массового производства и массовой эксплуатации силами летного и технического состава со средним уровнем подготовки и быть относительно дешевым.

Одним из первых к созданию многоцелевого фронтового самолета приступило КБ А.Н.Туполева. С сентября 1935 года бригадой П.О.Сухого, велись опытно-конструкторские разработки по новому самолету, получившему по КБ обозначение АНТ-51 или 'СЗ' – 'Сталинское задание'. Исходным стал проект скоростного разведчика под двигатель М-34ФРН (1025 л.с.). Машина должна была развивать максимальную скорость 455 км/ч на высоте 4000 м. По проекту были проведены аэродинамические и центровочные расчеты, сданы в производство четыре опытных отсека крыла для испытаний. В следующем году проводились, главным образом, экспериментальные и компоновочные работы по машине. В начале 1936 объявляется конкурс по программе 'Иванов'. Конкурс проводился между ЦАГИ (Главный конструктор А.Н.Туполев),ЦКБ (Главный конструктор Н.Н.Поликарпов),ХАИ (Главный конструктор И.И.Неман), коллективами Д.П.Григоровича и С.А.Кочеригина. Причем задание предусматривало, что самолет Туполева будет цельнометаллическим, машины, разрабатываемые под руководством Поликарпова, Григоровича и Кочеригина – смешанной конструкции, а Немана -цельнодеревянной.

АНТ-51 (СЗ-2). Государственные испытания, 1938 г.

Первоначально КБ продолжало вести проектирование АНТ-51 под новые требования с двигателем жидкостного охлаждения типа М-34ФРН, но в начале 1937 года проект был переработан под двигатель воздушного охлаждения М-62 (800/850 л.с.),принятый как более надежный в боевой эксплуатации. АНТ-51 выполнялся по схеме цельнометаллического низкоплана с убирающимся шасси. Компоновка его фюзеляжа предусматривала размещение основной целевой нагрузки под полом кабины летчика, а не как это было принято в более ранних проектах отечественных самолетов подобного назначения за его кабиной. Благодаря этому удалось выполнить достаточно плотную компоновку машины. Летчик и штурман-стрелок разместились в относительно небольшой общей кабине, заканчивавшейся экранированной пулеметной установкой под ШКАС, ствол которого в полете, вне зоны действия истребителей противника, убирался в специальный обтекатель. Еще один ШКАС обеспечивал оборону нижней-задней полусферы. Из обоих пулеметов вел огонь штурман-стрелок. Огонь можно было вести одновременно: из верхнего ШКАСа – прицельно, а из нижнего – дистанционно неприцельно с помощью педали. Наступательное вооружение АНТ-51 зависело от варианта его использования. Его конструкция обеспечивала установку четырех крыльевых пулеметов ШКАС. В бомбоотсеке и на внешних узлах в районе центроплана могли подвешиваться до 200- 400 кг бомб калибра до 100 кг. В варианте фоторазведчика АНТ-51 мог выполнять дневную и ночную разведку с помощью сменной фотоаппаратуры и радиосвязной аппаратуры. Конструкция планера самолета характеризовалась высокой производственной технологичностью: в ней широко применялись в силовых узлах прессованные профили из алюминиевых сплавов вместо применявшихся ранее стальных сварных узлов. Для повышения боевой живучести самолета были применены протестированные топливные баки. Для облегчения работы летного и наземных экипажей в состав самолетных систем и оборудования были включены автопилот, система отопления, кислородная аппараты, световая и звуковая сигнализация уборки