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.