Оборонительное вооружение военного вариантасостояло из четырех 20-мм пушек «Эрликон» и восьми пулеметов ДА, обеспечивавших сферический обстрел. Две пушки монтировались на турелях в оконечностях хвостовых балок и две – в гондоле под рубкой экипажа. Пулеметы должны были стоять перед козырьком рубки (спаренная установка с ДА-2), в корневой части хвостовых балок и по два (спереди и сзади) в тележках шасси. При этом с любого направления противника встречал огонь как минимум трех стрелковых точек. К установкам на концах хвостовых балок стрелки должны были добираться на электрифицированных тележках, движущихся с помощью тросов по рельсам. На них при необходимости собирались также подвозить боеприпасы.

Экипаж бомбардировщика должен был состоять из 19 человек. Воздушным кораблем, так же как морским, должен был командовать освобожденный от других функций командир. Кроме него, в список входили два штурмана, два пилота, радист, инженер, два техника, девять стрелков и даже боцман (он же запасной стрелок и фельдшер).

Транспортный вариант ориентировался, прежде всего, на нужды воздушно-десантных операций. К-7 мог поднять в воздух 112 парашютистов с полным снаряжением или эквивалентный груз. Груз мог размещаться внутри центроплана или на наружной подвеске междутележками шасси. В последнем случае машина могла перевозить тяжелую и громоздкую военную технику: пушки, автомобили, броневики и легкие танки весом до 8400 кг. Альтернативно там же крепилась подвесная десантная кабина по типу применявшейся на ТБ-З.

Технический проект К-7 завершили в начале 1932 г. Он получил высокую оценку комиссии, в которую входили представители НИИ ВВС, ЦАГИ и НИИ ГВФ. Комиссия под руководством профессора Н.А. Жемчужина записала в своем отзыве: «Самолет К-7 по своей конструкции, вне зависимости от летных данных, от него ожидаемых, представляет крупный шаг вперед в самолетостроении…». Было принято решение о постройке опытного образца самолета на специально организованном Харьковском авиационном заводе опытного самолетостроения (ХАЗОСС).

С учетом представленного проекта 28 февраля утвердили новые летно-технические требования. Первоначальные требования пришлось серьезно урезать. Теперь максимальная скорость была описана как «не менее 190 км/ч», потолок ограничивался 5000 м (на набор этой высоты давался час), а дальность – 2000 км. Бомбовая нагрузка опять упала – до 12 300 кг.

Некоторые аспекты проекта комиссия подвергла критике. Например, сочли, что у пилотов плохой обзор вниз-вперед, а сидят они в плоскости вращения винтов, что должно было привести к сильному шуму в кабине. Члены комиссии, посидевшие в макете машины на месте штурмана-бомбардира, заявили, что оно тесное и неудобное. Предложили заменить кормовые пушки парами пулеметов, предусмотреть плановый фотоаппарат, броню для летчиков. Командира же хотели разместить в выдвигающейся вверх вращающейся бронированной башне («рубке») с пулеметом ДА,

Большую часть этих предложений харьковчане проигнорировали, но вот пушки и пулеметы на хвостовых балках поменяли местами. Пушечные турели предусмотрели в корневых частях балок, а спарки пулеметов – за оперением.

Когда комиссия находилась в Харькове (это было в сентябре 1932 г.), уже готовились стапели для сборки машины, и строился сборочный цех, по своим размерам и конфигурации соответствующий К-7. Опытный образец должен был быть выпущен без вооружения, но и без оборудования пассажирского варианта. Начало его постройки несколько раз откладывали, но в ноябре 1932 г. наконец-то сварили первый узел каркаса самолета. Выпуск хромомолибденовых труб в июне того же года освоили в Днепропетровске. Поначалу шло много брака, и встал вопрос о замене советских труб импортными. На исправление положения ушло шесть месяцев. Но ассортимент отечественных труб был уже, чем предусмотренный в проекте самолета. Самые большие диаметры, нужные для лонжеронов крыла, отсутствовали. Пришлось заменить их парами труб меньшего размера. Колеса для гиганта делали на заказ на заводе «Проводник», но в срок не успели и для первого опытного образца К-7 купили английскую резину «Пальмер» диаметром 2 м. Сами колеса с тормозами приобрели в Америке у фирмы «Гудьир».

Если ТБ-4 в плане 1933 г. числился в разряде первоочередных работ, то К-7 расценивался как «экспериментальный» и считался как бы запасным. В одном из писем Я.И. Алкснис признавал, что поддерживает создание К-7 как альтернативу ТБ-4, поскольку побаивается установления монополии ЦАГИ на строительство тяжелых бомбардировщиков. Конкуренция должна была подстегнуть активность обоих конструкторских бюро.

На сборку калининского гиганта ушло девять месяцев. Последние стадии шли просто на асфальтированной площадке, окруженной строительными лесами, поскольку ни в один цех огромный самолет целиком не влезал. Вес пустого самолета превысили по сравнению с расчетным почти на три тонны, он дошел до 22 900 кг, а полный взлетный вес машины оказался около 36 т.

При первом же запуске двигателей самолет начал вибрировать, хвостовые балки тряслис,. Пришлось их усиливать. Вновь ввели подкосы, поддерживавшие кили, а поверху соединили их еще одной горизонтальной плоскостью, так что оно фактически стало бипланным.

8 августа 1933 г. летчик М.А. Снегирев совершил на К-7 первые пробежки по аэродрому. Выявилась недостаточная жесткость хвостовых балок и оперения, затем деформации капотов моторов. Рули оказались недостаточно эффективны, а тормоза колес перегревались. В рапорте было записано: «При торможении самолет резко поднимал хвост и становился на передние колеса). На следующий день рулежку повторили, но она закончилась тем, что лопнула покрышка левого заднего колеса. Машину стали дорабатывать, периодически совершая пробежки по аэродрому.

В воздух самолет поднялся 19 августа; он не взлетел, а скорее подпрыгнул метров на пять вверх и опять опустился на летное поле. Этого вполне хватило, чтобы убедиться в недостаточной жесткости оперения. Оно ходило вверх-вниз почти на метр.

21 августа К-7 совершил первый полет по кругу. На месте командира самолета сидел М.А. Снегирев, место второго пилота занимал конструктор К.А. Калинин. На аэродроме присутствовали начальник ГУАП П.И. Баранов, командующий Украинским военным округом И.Э. Якир и известный летчик М.М. Громов. После взлета отказал серворуль, а затем нижний руль высоты; потом выяснилось, что лопнул трос. Руль свободно болтался, вызывая тряску самолета. Чтобы помочь летчику, Калинину тоже пришлось взяться за штурвал. Вдвоем они смогли развернуть машину. Конструктор предложил садиться в поле, но взлететь оттуда К-7 бы не смог; его пришлось бы разобрать и вывозить по частям. Снегирев все-таки сумел выполнить круг и приземлиться. Весь полет продолжался 12 минут. Летчик получил от Баранова благодарность, а конструктор – выговор.

Несмотря на краткость первого полета, выявили неэффективность рулей направления, перекомпенсацию серворулей, течи радиаторов, тряску хвостовых балок и неправильную регулировку моторов, приводившую к сильному дымлению. Почти месяц ушел на устранение дефектов. Поскольку было предположение, что трос перерезали вредители, после окончания рабочей смены машину пломбировали, а вокруг нее выставлялся караул красноармейцев.

13 сентября поступило распоряжение переделать опытный самолет в военный, а работы по пассажирскому варианту прекратить. В ноябре требовалось уже перегнать самолет в Москву и предъявить К-7 на государственные испытания как бомбардировщик. Калинин не укладывался ни в заданные сроки, ни в отведенные деньги.

Испытания возобновились 22 сентября. Далее после каждого полета следовали те или иные переделки. Еще через месяц, к 21 октября удалось довести до нормы работу серворулей. Их раскачивание исчезло, а усилия на органах управления находились в приемлемых для пилотов пределах.

Но в ноябре один из полетов чуть не закончился аварией. Отказал механизм поворота стабилизатора. На третьем заходе на посадку огромный самолет рухнул на землю с высоты около 9 м, но не разрушился, а подпрыгнул несколько раз и остановился. Машину спасли большие колеса низкого давления, погасившие удар. При осмотре в цепи привода стабилизатора нашли болт, мешавший ее перемещению. Но ОГПУ сочло это случайностью, а не диверсией. Существенных повреждений после падения К-7 не получил; ограничились заменой некоторых приборов и отдельных деталей.