Бомбоотсеки позволяли подвеску в восьми кассетах КД-3 (Дер-18) бомб калибром до 500 кг. Общая нагрузка складывалась из 20 бомб по 500 кг или 40 бомб по 250 кг. Каждая пара кассет имела свой люк для сбрасывания бомб. Внутренняя подвеска боеприпасов более крупных калибров не предусматривалась. Проходы вдоль бомбоотсеков, шедшие посередине, не давали возможности использовать всю ширину емкого фюзеляжа. Самой крупной бомбой, которую мог нести АНТ-16, являлась АФ-1000 весом в тонну. Такие бомбы вешались на наружных бомбодержателях под центропланом.
В носовой части самолета размещались передний артиллерист, бомбардир и штурман. Для бомбардира предусматривалась установка оптического прицела ОПБ-2 (копия немецкого «Герц-Бойков»). Два пилота сидели в полузакрытой кабине перед крылом. Места летчиков разделялись широким проходом с металлической крышей над ним. Нечто подобное встречалось на самолетах фирмы «Юнкерс». Компоновку носовой части и ее кабин отработали на макете, утвержденном в апреле 1931 г. Места двух бортмехаников находились в центроплане. Согласно заданию, они могли в полете перемешаться внутри крыла и через специальные смотровые окна наблюдать за работой агрегатов двигателей. Предусматривался также выход через люки на крыло и горизонтальное оперение. За бомбоотсеками находилась кабина радиста с радиостанцией 11 -СК, так называемая общая кабина и отдельная кабина для установки радиопеленгатора (примитивного радиокомпаса).
Оперение было очень сходно с тем, которое позже ввели на ТБ-3 с моторами М-34Р, но отличалось значительно большими габаритами. Несмотря на размеры рулей и, соответственно, нагрузки на органы управления, рули приводились в действие без сервомеханизмов, по жесткой схеме. Пилотам помогал только электропривод изменения угла установки стабилизатора.
Шасси на ТБ-3 было совершенно не похоже. Иначе выполнили саму стойку, ввели масляно-пневматическую амортизацию (на ранних модификациях ТБ-3 для этой цели применяли резиновые буфера), а спаренные колеса разместили не в тележке-тандем, а рядом друг с другом. Спицованные колеса снабдили импортными барабанными тормозами «Фаст». Проектом предусматривалось закрытие стоек вместе с колесами обтекателями-«штанами». Но на других эскизах видны большие каплевидные обтекатели, закрывающие только колеса. Хвостовой опорой являлся не традиционный для того времени костыль, а ориентирующееся колесо.
Долгая утряска ситуации с двигателями явно наложила свой отпечаток на компоновку мотоустановки. Четыре мотора стояли в ряд на крыле, а еще два — в специальной гондоле на фермах над фюзеляжем. В этой гондоле М-34 располагались тандемом — один с тянущим, а другой — с толкающим винтом. Туполев явно использовал установку, ранее спроектированную для гидросамолета, — там надо приподнимать моторы и винты повыше, чтобы уберечь их от водяных брызг на взлете и посадке. Похоже, что такое решение считалось временным. Если бы удалось заполучить двигатели большей мощности, то их бы установили вместо М-34 на крыле, а верхнюю установку — ликвидировали.
Предусматривался и седьмой мотор — вспомогательный, приводивший так называемую «центральную электростанцию» фирмы «Сименс». Двухтактный мотор от мотоцикла мощностью 7 л.с, крутил вал генератора. По современным меркам «центральная электростанция» давала совсем мало — 2,5 КВт. На серийных ТБ-4 собирались использовать отечественный двигатель от мотоцикла Л-300 (скопированный с английского) и копию же генератора «Сименс», которую делал завод им. Лепсе.
Все двигатели самолета питались из бензобаков в крыле. Всего баков имелось восемь — два в центроплане и шесть в консолях. Общая их емкость равнялась 8500 л. Для подачи горючего к моторам верхней тандемной установки предусмотрели электронасос и запасной ручной («альвейер»).
В перспективе рассчитывали оборудовать самолет системой дозаправки в воздухе. Это значительно увеличило бы радиус действия бомбардировщика. В качестве танкера («бензиноносца») собирались использовать тоже не маленький пятимоторный АНТ-14 (о нем будет рассказано позже).
