TB-3 là chiếc máy bay được chế tạo hoàn toàn bằng thép. Khung gồm các xà hình chữ V với lớp vỏ không ứng suất (non-stressed) dày từ 0.3 tới 0.8mm (1/64 to 1/32 in). Lớp vỏ nhăn có rãnh sâu 13 mm (0.5 in) và 50 mm (2 in) mỗi bên. Cantilever wing được đỡ bởi bốn xà dọc hình ống. Năm 1934, nhờ sự phát triển các hợp kim thép khoẻ hơn, sải cánh được tăng từ 39.5 lên 41.85 mét (127 ft 7 in lên 137 ft 4 in) khiến diện tích cánh tăng từ 230 lên 234.5 m² (2.475 lên 2.524 ft²). Có thể dùng giày đế mềm đi trên bất kỳ phần nào của chiếc máy bay này mà không sợ gây hư hại, và các rìa ngoài cánh có thể được kéo ra tạo thành thang lên bảo dưỡng động cơ. Các hệ thống điều khiển bằng dây dẫn với cánh đuôi dọc có thể biến đổi và một hệ thống bù nhỏ trong trường hợp hỏng hóc động cơ ở một bên. Càng đáp cứng không được trang bị phanh. Bình nhiên liệu không có hệ thống bảo vệ chống hoả hoạn hay chống rò rỉ. Các động cơ M-17 được sửa đổi để có thể, trên lý thuyết, giúp máy bay đạt tầm hoạt động 3250 km (1.760 nm, 2.020 mi) mà không cần bugi đánh lửa hay tắc chế hoà khí. Vũ khí phòng ngự gồm súng máy hạng nhẹ ở năm tháp pháo - một ở mũi, hai ở trên đỉnh giữa thân, một ở dưới mỗi cánh. Các biến thể sau này bỏ bớt một tháp pháo giữa thân.[1]