В 1922 - 1923 гг. предпринимаются первые шаги к освоению цельнометаллического самолетостроения в нашей стране. В лабораториях МВТУ, ЦАГИ и на заводах начались работы по созданию отечественного дюралюминия. В 1922 г. кольчугинский завод выпустил первые образцы дюралюминия. Конструкторская группа А. Н. Туполева, работавшая в ЦАГИ, проверила правильность расчетов узлов и для освоения технологии их изготовления из нового материала разработала более простые наземные и надводные конструкции - аэросани и глиссеры, в процессе постройки которых был освоен металлический водонепроницаемый шов, затем конструкторы приступили к проектированию летающей лодки. В 1920 - 1921 гг. В. М. Петляков участвовал в создании и испытании глиссера, который строился в ЦАГИ. Это был первый отечественный глиссер с мотором мощностью 160 л. с. и водяным винтом. Он имел один основной редан и два подвижных плавника, которые служили кормовой опорной поверхностью и давали возможность на ходу менять угол атаки днища. В ноябре 1921 г. этот аппарат был спущен на воду. Испытывался он на Москве-реке, скорость его достигала 75 км/ч. Глиссер, подобно самолету, мог создавать внутренний крен около 30°. Постройка, проектирование и испытание этого надводного аппарата подтвердили теорию, на основе которой появилась возможность решить целый ряд важнейших вопросов, касающихся гидросамолетов и глиссеров.
В этот же период В. М Петляков работал над дипломным проектом по теме "Легкий одноместный спортивный моноплан". Под руководством А. Н. Туполева он разработал исключительно легкую, прочную и простую в производстве конструкцию свободнонесущего крыла. Некоторые детали самолета предполагалось выполнить из дюралюминия. Дипломный проект был успешно защищен, и Владимир Михайлович стал инженером-механиком Научный сотрудник ЦАГИ (такова была должность молодого инженера) по поручению А. Н. Туполева начинает работу в отделе опытного самолетостроения. Используя свой производственный опыт, Петляков создает мастерские, внедряет новые технические приемы. Не стесняясь черновой работы, он налаживает испытание машин и оборудования и, часто садясь за руль созданных им глиссеров или аэросаней, проверяет их конструкцию, выявляя недостатки.
Владимир Михайлович занимался конструированием я одновременно являлся организатором производства аэросаней, глиссеров, торпедных катеров, самолетов и даже дирижаблей. Он активно участвовал в постройке дирижабля мягкой системы "Химик-Резинщик", который начали строить 4 ноября 1923 г. Первый полет дирижабля состоялся в июне 1926 г. в Ленинграде, а в 1928 г. на нем был совершен перелет из Ленинграда в Москву.
Разнообразная деятельность В. М. Петлякова, в том числе участие в аэросанных пробегах в качестве водителя в 1924, 1926 и 1929 гг., за что он был награжден значком московского автомобильного клуба, не мешала ему выполнять обширные научно-исследовательские работы. Так, проводя многочисленные испытания стенок лонжеронов с различными конструктивными элементами, он составил расчетные графики лонжеронов. Эти графики долгое время являлись единственным пособием для конструкторов при проектировании балок составного сечения. Им же был разработан метод расчета лонжеронного крыла, который давал довольно хорошие результаты, близкие к результатам статических испытаний опорных крыльев. Этот метод использовался конструкторами в течение всего периода, пока существовала гофрированная обшивка крыла на самолетах. Почти 40 лет назад в День Воздушного Флота Владимир Михайлович опубликовал статью под названием "Шесть требований к авиационным конструкциям". Высказанные в этой статье мысли не потеряли своей актуальности и в настоящее время.
В течение ряда лет В. М. Петляков принимал непосредственное участие в создании конструкций, разработанных А. Н. Туполевым, С 1925 по 1936 г. он возглавлял конструкторскую бригаду (бригаду крыла), занимавшуюся проектированием крыльев самолетов, начиная с одноместного АНТ-1 и кончая гигантом АНТ-20. В. М. Петляков являлся также одним из ответственных лиц, контролировавших производство этих самолетов не занимался внедрением в серийное производство одного из крупнейших самолетов середины двадцатых годов - тяжелого бомбардировщика ТБ-1. В дальнейшем на Петлякова было возложено усовершенствование конструкций четырехмоторного бомбардировщика ТБ-3 при внедрении его в серийное производство. Он внес в конструкцию самолета существенные изменения, добиваясь упрощения технологического процесса производства. В частности, много внимания было уделено унификации деталей, сокращению числа заклепок, взаимозаменяемости отдельных узлов я агрегатов. Все это позволило сократить срок производства я увеличить выпуск первоклассного для своего времени бомбардировщика ТБ-3.
ТБ-3 использовался еще и как самолет-матка (самолет-звено В. С. Вахмистрова). Звено состояло из самолета-матки ТБ-3, двух истребителей И-5, двух истребителей И-18 и самолета И-Z. Эта авиаматка давала возможность значительно увеличить радиус действия находящихся на ней истребителей, так как при полете авиаматки они не расходовали горючее из собственных баков, а при запуске, взлете а совместном полете питались от топливной системы тяжелого бомбардировщика, имевшего большой запас горючего.
В конце 1935 г. этот "летающий аэродром" был поднят в воздух летчиком-испытателем ГК НИИ ВВС П. М. Стефановским. Летчиками на истребителях были также хорошо известные испытатели Супрун, Никашин, Алтынов, Будаков и Степанчонок. Последний на самолете И-Z подцеплялся к матке в воздухе. Все летчики были энтузиастами и настоящими героями, прокладывавшими путь новым летательным аппаратам.
Ряд обстоятельств как технического, так и организационного характера помешал дальнейшему осуществлению работ в этом направлении. Однако один из вариантов самолета ТБ-3, под крыльями которого подвешивались истребители И-16 с бомбами ФАБ-250, с большим эффектом применялся в период Великой Отечественной войны для поражения точечных целей (в основном мостов). Один из таких боевых вылетов завершился уничтожением Черноводского моста, находившегося на расстоянии, недоступном для обычных истребителей. Мост был разрушен с первого захода на пикировании двумя истребителями И-16, доставленными на тяжелом бомбардировщике ТБ-3.
Идея составных самолетов получила дальнейшее развитие как у нас, так и за рубежом, но в основном для отработки будущих самолетов в целях достижения больших скоростей и высот полета. Подобная составная система создана в настоящее время в СССР и США как многоразовый космический корабль.
Опыт, приобретенный Владимиром Михайловичем Петляковым в работе над самолетами ТБ-3, позволил ему в дальнейшем создать широко известную модификацию самолета ТБ-7 (АНТ-42) - Пе-8. Являясь с 1936 г. главным конструктором завода опытных конструкций, В. М. Петляков приступил к усовершенствованию самолета ТБ-7, в результате чего значительно улучшились его летно-технические данные.
