Проектирование 12-местной пассажирской машины «Сталь-7» началось в мае 1934 г. и, как вспоминал авиаконструктор И. А. Берлин, на этом настоял один из руководителей НИИ ГВФ П. В. Дементьев, будущий министр авиационной промышленности. Самолет разрабатывался в соответствии с требованиями ГУ ГВФ, среди которых оговаривалась и установка лицензионных моторов «Испано-Сюиза» жидкостного охлаждения, будущих М-100. Это было время, когда одним из главных требований, предъявлявшихся к пассажирскому самолету, было достижение наибольшей скорости.
Параллельно со «Сталь-7» разрабатывались еще два самолета подобного назначения. В 1933 г. французскому конструктору Андрэ Лявилю, работавшему по контракту в СССР, поручили проектирование пассажирской машины, получившей обозначение ЗИГ-1 (ПС-89). Весной 1935 г. начались ее летные испытания. Вначале все шло удачно, но 27 декабря самолет потерпел катастрофу вследствие вибраций (бафтинга) стабилизатора. Под руководством А. Н. Туполева создавался пассажирский самолет ПС-35. Общими для них были максимально ужатые фюзеляжи в ущерб комфорту пассажиров. ПС-89 и ПС-35 по летно-техническим данным значительно уступали «Стали-7». Тем не менее машину Бартини построили в единственном экземпляре, а ПС-89 — в семи, не считая опытного образца. Что касается ПС-35, то их выпустили девять (включая опытный экземпляр). ПС-89 и ПС-35 можно было встретить в Аэрофлоте, в том числе и на международных авиалиниях, но недолго.
В декабре 1934 г. «Сталь-7» выкатили из сборочного цеха завода опытных конструкций НИИ ГВФ. Как и в предыдущих разработках, в новой машине Бартини старался использовать нестандартные технические решения. В частности, в аэродинамической трубе Военно-воздушной академии имени Н. Е. Жуковского были проведены исследования влияния динамической воздушной подушки и экранного эффекта на аэродинамические характеристики крыла малого удлинения, снабженного боковыми шайбами. Итогом этих исследований стала довольно оригинальная схема самолета с низкорасположенным крылом в виде «обратной чайки».
Подобная схема позволяла установить в месте излома крыла шасси с более короткими стойками. Крыло, набранное из профилей, разработанных Бартини, удачно сопрягалось с фюзеляжем, поперечное сечение которого было близко к треугольному, что свело к минимуму аэродинамическую интерференцию. Вдобавок такая схема несущей поверхности улучшала обзор летчику и обеспечивала экипажу проход из передней кабины в салон без порога над центропланом. Но ей были свойственны и недостатки, в частности, излом крыла приводил к некоторому его утяжелению и появлению так называемого «диффузорного» эффекта, способствующего увеличению аэродинамического сопротивления. Однако, по мнению Бартини, преимущества этой компоновки для самолета «Сталь-7» превышали недостатки.
Много позже, когда на базе «Сталь-7» построили бомбардировщик Ер-2, «диффузорный» эффект дал о себе знать. Связано это было как с увеличением удельной нагрузки на крыло с 97,2 до 157 кг/м2, так и с установкой туннельных водорадиаторов двигателей с выходом теплого воздуха через жалюзи, размещенные вблизи излома крыла.
Применение крыла в виде «обратной чайки» позволило отказаться от средств его механизации — закрылков. Возможно, что после создания «Стали-7» (в документах встречается также сокращенное обозначение «С-7») у Бартини усилился интерес к летательным аппаратам, использующим эффект близости земли.
Большая бортовая хорда крыла позволила разместить в его центральной части (мотоотсеках) баки, вмещавшие необходимый для полета на большие расстояния запас бензина. Кроме этого, горючее заливали в баки, установленные в носках крыла, что ранее не встречалось в авиастроении.
Другим внешним отличием машины стал фонарь кабины летчиков с остеклением, наклоненным вперед. Какую пользу несла подобная конструкция, непонятно. Есть разные мнения на этот счет. По одному из них, такое техническое решение позволяло улучшить обзор вперед, но ясно одно — распространения в авиастроении оно не получило.
Планер состоял из полумонококового цельнометаллического фюзеляжа и ферменного крыла с оперением, обшитым перкалем. Правда, конструкция из стальных труб и фасонных профилей, соединенных точечной сваркой, отличалась значительной трудоемкостью.
Как следует из протокола совещания у начальника Аэрофлота И. С. Уншлихта, состоявшегося в июне 1934 г., машина, предложенная Бартини, разрабатывалась в пассажирском и военном вариантах.
Первоначально самолет прорабатывался с двигателями М-17, а затем — с М-100. Для обоих вариантов задавалась посадочная скорость 80 км/ч, максимальная с двигателями М-17 достигала 350, а с М-100 — 370 км/ч. Рассматривался вариант машины и с моторами М-34. Создавая этот самолет, Бартини пришел к выводу, что с двигателями М-100 мощностью по 750 л.с. на высоте 2400 м можно перешагнуть 400-км рубеж скорости. Интуиция в сочетании с точным расчетом не подвела конструктора.
В своем проекте Роберт Людвигович, помимо достижения высоких летных данных лайнера, не забыл и о комфорте для пассажиров. Однако руководители ГВФ думали иначе, ставя на первое место скоростные характеристики машины. В итоге, по их требованию высоту салона снизили с 1,8 до 1,55 м, и пассажирам даже среднего роста пришлось бы перемещаться по салону в полусогнутом положении.
Довоенный лозунг «Выше всех, быстрее всех, дальше всех!» заставил авиаконструкторов идти на поводу у политиков. Следует отметить, что подобные «явления» сопровождали советское авиастроение на протяжении всего существования СССР, вынуждая инженеров думать, прежде всего, о политических задачах, а уж потом о людях.
Первый полет на «Сталь-7» в сентябре 1936 г. выполнил летчик Э. И. Шварц. Затем машину облетали летчики-испытатели НИИ ВВС И. Ф. Петров, П. М. Стефановский и А. Б. Юмашев. По их общему мнению, самолет отличался хорошей устойчивостью и управляемостью, имел неплохие взлетно-посадочные характеристики и мог лететь на одном моторе.
19 января 1937 г. начальник ГУ ГВФ И. Ф. Ткачев подписал распоряжение, согласно которому конструкторскую группу при заводе № 240 расформировали, оставив лишь несколько специалистов «для доводки и наблюдения за самолетом «Сталь-7».
Самолет передали для дальнейших испытаний в НИИ ГВФ, вменив в обязанность заводу № 240 выполнение по нему всех необходимых работ. Одновременно В. А. Матвеева и Н. П. Шебанова зачислили в его штат.
Совместные с НИИ ГВФ заводские испытания затянулись до февраля и не были завершены. К тому времени Бартини уже почти месяц находился в заключении. Его арест затормозил все работы по авиалайнеру.
Неопределенность с самолетом длилась недолго, в феврале 1937-го завод № 240 получил задание «переоборудовать его в специальный вариант для получения скоростной дальности». В доводку машины большой вклад внесли В. Г. Ермолаев и ведущие инженеры НИИ ГВФ А. А. Радциг и З. Б. Ценципер.
Испытания доработанной машины с моторами М-100А и полетным весом до 7000 кг Шебанов и Матвеев провели с 16 августа по 9 ноября 1937 г. С наступлением нелетной погоды полеты прервали и до конца мая 1938 г. устраняли выявленные дефекты. После четырех контрольных полетов «Сталь-7» предъявили специальной комиссии для дальнейших испытаний, завершившихся в сентябре.