Работа в ОКБ началась в инициативном порядке, тема получила шифр «82». Первоначально проект представлял собой глубокую модернизацию самолета «73». На самолете «82», в отличие от самолета «73», устанавливались стреловидные крыло и оперение, силовая установка из двух двигателей вместо трех, экипаж уменьшался с четырех до трех человек, отказывались от верхней и нижней пушечных установок, заменяя их одной кормовой. Размеры и взлетная масса самолета «82» получались значительно меньше, чем у самолета «73». Оптимизация конструкции под два двигателя ВК-1 была проведена и по базовым проектам — «73» и «78», что привело в конце концов к созданию серийного торпедоносца-бомбардировщика Ту-14Т(«81Т»).
Первоначальный эскизный проект самолета «82» в ОКБ подготовили в марте 1948 года. Работа получила официальную поддержку, и самолет начали рассматривать не только как экспериментальную машину, но и как базу для создания фронтового бомбардировщика. 12 июня 1948 года вышло постановление Совета министров, узаконившее работы по самолету «82» (Ту-22, первый с этим названием). Предполагалось построить два опытных экземпляра. 22 июня 1948 года ОКБ подготовило новый эскизный проект с изменениями в некоторых элементах конструкции планера, составом вооружения. Опытный самолет с двигателями РД-45Ф начали строить в июле 1948 года.
Первый полет на машине «82» экипаж летчика-испытателя А. Д. Перелета совершил 24 марта 1949 года. Заводские испытания продолжались до 2 июня 1949 года. В отчете летчики-испытатели отметили, что самолет устойчив и доступен летчикам средней квалификации. На испытаниях зафиксировали максимальную скорость полета 931 км/ч на высоте 4000 метров. Никаких сюрпризов от нового крыла не было, все оказалось значительно спокойнее, чем при полетах первых истребителей со стреловидным крылом.
В ходе испытаний самолета «82» произошел один эпизод, который вошел в историю отечественного самолетостроения. Летом 1949 года шла подготовка к традиционному воздушному параду в Тушине. Во время генеральной репетиции за несколько дней до парада самолет «82», пролетая на малой высоте над Москвой-рекой, попал в зону восходящих потоков различной интенсивности. Возникла, как ее потом окрестили, «циклическая болтанка», с соответствующими нерасчетными циклическими нагружениями конструкции, приведшими к разрушению крепления левого двигателя к мотораме. А. Д. Перелет получил травму, ударившись лицом о приборную доску, но сумел выключить поврежденный двигатель и на одном моторе посадить самолет на аэродром ЛИИ. Этот случай потребовал введения в нормы прочности нового понятия — «циклическая болтанка» — эффекта, возникающего из-за восходящих воздушных потоков и неравномерной плотности воздуха при проходе самолетом на малой высоте сложного рельефа местности, например поле — река — лес.
А. Н. Туполев сразу оценил новизну и серьезность возникшей аэродинамической задачи. В ОКБ для консультаций и чтения лекций были приглашены выдающиеся аэродинамики, академики С. А. Христианович, Б. Н. Юрьев, М. В. Келдыш, доктор наук, а впоследствии также академик М. Д. Миллионщиков… После проведения ряда испытаний методику расчета самолетов на «циклическую болтанку» внедрили в практику самолетостроения. Решающую роль в разрешении этой проблемы сыграл А. М. Черемухин, сумевший разобраться в причинах случившегося и дать необходимые рекомендации.
Параллельно с работами по самолету «82» в ОКБ был подготовлен проект его модификации в полноценный боевой самолет, предполагавший установку полного комплекта бомбардировочного и стрелково-пушечного вооружения. Проект получил обозначение самолет «83» и отличался от «82» экипажем из четырех человек, увеличенной длиной фюзеляжа, введением верхней стрелковой установки, облагороженными формами фонарей кабин летчика и штурмана. Силовая установка проектировалась под два ВК-1. Самолет «83» начали строить, но в 1949 году работы прекратили в связи со свертыванием работ по скоростному фронтовому бомбардировщику со стреловидным крылом. На основе проекта «83» для авиации ПВО в ОКБ подготовили техническое предложение по истребителю-перехватчику «83П». Командование ВВС и авиации ПВО ошибочно сочли, что тяжелый истребитель-перехватчик со взлетной массой 15–18 и более тонн не найдет применения в системе ПВО, не оценив должным образом потенциальные возможности самолета подобного типа. Через десять лет тяжелый истребитель-перехватчик в срочном порядке потребовался ПВО.