Доработка превратилась в создание нового самолета, совместившего черты туполевских проектов и МДР-3, от которого сохранились лишь общие обводы лодки. Самолет стал трехмоторным, со свободнонесущим крылом и однокилевым оперением. Высоко поднятый стабилизатор расположили в плоскости осей воздушных винтов, рассчитывая на то, что улучшение обдувки оперения избавит от тряски. По сравнению с МДР-3 площадь крыла увеличили на 25 квадратных метров. Стабилирон больше не требовался, поскольку сам стабилизатор выполнили с изменяемым в полете углом установки. Новое крыло состояло из трехлонжеронного центроплана с дюралевой обшивкой и консолей, обтянутых полотном, что было совершенно нетипично для самолетов Туполева. Концы отъемных частей крыла представляли собой съемные водонепроницаемые отсеки. АНТ-27 проектировался в трех вариантах: дальний разведчик, тяжелый бомбардировщик и пассажирский самолет на 14 мест. У разведчика экипаж состоял из пяти человек: штурман (он же передний стрелок), два пилота, бортмеханик и кормовой стрелок. В варианте бомбардировщика добавлялись еще двое: радист-бомбардир в передней кабине и стрелок пушечной установки. В целом по боевым возможностям АНТ-27 существенно превосходил МДР-3. Заказчики проект одобрили.
На постройку опытного образца отвели срок до 1 декабря 1933 года. Морской авиации нужен был новый дальний разведчик и бомбардировщик. Состоявшие на вооружении немецкие летающие лодки «Дорнье-Валь» (ДВ) давно устарели, несмотря на проведенную модернизацию. Но не все в руководстве вооруженных сил сохраняли уверенность в успешном завершении работы туполевского коллектива.
На состоявшемся 14 марта 1933 года совещании в штабе РККА, посвященном проблемам развития морской авиации, начальник Военно-морских сил В. М. Орлов, памятуя о предыдущих неудачах при попытках создать отечественную летающую лодку подобного класса, ратовал за покупку в Италии гидропланов-катамаранов «Савойя» S-55. Ему возразил начальник штаба ВВС В. В. Хрипин, считавший создание МДР-4 вполне реальным. В конце концов, за Хрипиным оказалось большинство присутствовавших. Самолет завершили к 7 марта 1934 года и через три дня в разобранном виде отправили из Москвы в Севастополь, где находилось Морское отделение экспериментально-летных испытаний и доводки (МОЭЛИД) ЦАГИ. Там машину собрали, провели регулировку и подготовили к первому вылету. 8 апреля летчик Т. В. Рябенко поднял самолет в воздух. Во всех последующих полетах АНТ-27 пилотировал А. А. Волынский. В испытаниях принял участие старый друг и соратник Туполева И. И. Погосский, неоднократно лично поднимавшийся в воздух. В целом полеты проходили нормально, летчики лишь жаловались на поведение самолета при взлете, так как он непривычно реагировал на принятый в то время разбег с раскачкой.
15 апреля 1934 года, на взлете, на глазах Туполева, самолет потерпел катастрофу и Иван Иванович Погосский, с которым он был знаком уже более двадцати лет, погиб.
Гибель старого друга, в которой Туполев винил прежде всего самого себя, произвела на него самое тяжелое впечатление. После катастрофы, наспех сдав дела, он уехал из Севастополя, по телефону доложил Орджоникидзе о катастрофе и несколько дней не появлялся в ОКБ и не выходил на связь. Это был редчайший, если не единственный случай в биографии Туполева.
Установка новых моторов несколько увеличила нагрузки, и, возможно, проявились незамеченные дефекты прошивки. Судьба дублера не повлияла на решение о серийном производстве. В начале 1936 года МДР-4, официально переименованный в МТБ-4 (морской торпедоносец-бомбардировщик), был официально принят на вооружение ВВС РККА, правда, как «переходный». Это означало, что машина будет эксплуатироваться временно, до поступления более современной техники. В качестве таковой рассматривался четырехмоторный АНТ-44 (МТБ-2), работа над которым уже начиналась. К серийному выпуску МДР-4 стали готовиться гораздо раньше. Еще 31 марта 1934 года ЦАГИ заключил договор с Таганрогским заводом, по которому брал обязательства обеспечить необходимую техническую документацию и оказать помощь в процессе внедрения машины в производство. 27 января 1936 года ГУАП установило заводу новое задание — к концу года собрать 16 лодок. Но предприятие, строившее в основном деревянные самолеты, осваивало МДР-4 с большими сложностями и к новому году выпустило только пять машин.
Заводские испытания головного самолета начались 29 апреля 1936 года и проходили в двух вариантах загрузки — разведчик и бомбардировщик. По стрелковому вооружению они теперь не различались. На всех серийных машинах стояли по три пулемета ШКАС. В план 1937 года включили лишь десять МДР-4: уже вовсю шла подготовка к приобретению лицензий в США, а с намеченной для производства в СССР летающей лодкой «Консолидейтед 28» (более известной как «Каталина») МДР-4 конкурировать, безусловно, не мог. Таганрогский завод действительно собрал в 1937 году десять туполевских гидросамолетов.
Машины, первоначально оснащенные двигателями М-34Р, позднее были переведены на более мощные М-34РН. По крайней мере один самолет получил еще более совершенные М-34ФРН. Это был так называемый переходный вариант к модернизированному МДР-4Р, проект которого начали разрабатывать в декабре 1935 года с учетом опыта постройки дублера. Кроме новых двигателей, на нем решили упрочить крыло, заменить полотно на консолях гладкой алюминиевой обшивкой, переделать центроплан и поплавки, установить новую пулеметную башню и предусмотрели применение съемного лыжного шасси. Однако позднее МДР-4Р исключили из плана опытного строительства.
Летающие лодки, принятые военными, поступили в ВВС Черноморского флота, но сколь-нибудь широкой эксплуатации этих машин не было. В документах ВВС машины этого типа называются как бомбардировщики МТБ-1. Летала на них только 124-я морская тяжелая эскадрилья, базировавшаяся в Севастополе.
АНТ-22, или МК-1, был двухлодочным цельнометаллическим гидросамолетом с шестью двигателями АМ-34Р в трех тандемных (сдвоенных) установках на центроплане. Самолет этот уникален, он был крупнейшим из когда-либо построенных самолетов этой схемы. Назначение — морской крейсер, дальний разведчик открытого моря и бомбардировщик. Проектирование вела бригада гидросамролетов КОСОС под руководством И. И. Погосского при личном участии Туполева. Андрей Николаевич любил гидросамолеты и всегда подходил к их проектированию с особенным интересом. Работая над гидросамолетами, он говорил, что чувствует дыхание молодости, и называл себя «небоводным», добавляя, что земноводных он перерос.
Новая машина получилась большой — взлетный вес до 32,5 тонны, способной брать до пяти тонн бомб, относительно хорошо защищенной — шесть пулеметов и две пушки. Отличные гидродинамические качества, хорошая управляемость и устойчивость не могли компенсировать низкой скорости (около 200 км/ч) и скороподъемности.
Самолет имел ряд особенностей в схеме и конструкции. Размах и площадь крыла были значительны по сравнению с длиной лодок. Крыло было сделано бипланным расчалочным, чтобы усилить жесткость всей системы. Корпуса лодок имели относительно большие ширину и водоизмещение и при этом сильно развитую притуплённую носовую часть, значительно большую, чем требовалось по условиям плавучести. Это обеспечивало отличную мореходность гидросамолета, но увеличивало его массу.
Конструктивно лодки были выполнены как поплавки, нижняя широкая часть их замыкалась сверху водонепроницаемым полом с большими люками для осмотра, были в них и килевые балки. Лодки были взаимозаменяемые. Часть корпуса лодок выше пола была сравнительно легкой и несла хвостовое оперение. Масса пустого самолета составляла 21,6 тонны, взлетный вес (с перегрузкой) — до 43 тонн.
Заводские испытания самолета были начаты 8 августа 1934 года и продолжались до 8 мая 1935 года. Была достигнута скорость 233 км/ч, потолок — 3500 метров, при наружной подвеске бомб максимальная скорость была 205 км/ч, крейсерская 180 км/ч, потолок — до 2250 метров. Испытания показали, что самолет МК-1 обладает хорошими обводами и гидродинамикой, мог взлетать и садиться в открытом море на волне до полутора метров при ветре 8—12 м/с, выдерживал длительную стоянку на море, буксировку и мог рулить в еще худших условиях.
