При примерно той же длине фюзеляжа, что и АНТ-16, новая машина должна была иметь значительно большее по размаху и площади крыло. Размах должен был достигнуть 63 м (против 54 м у АНТ-16). Хорда крыла при этом не менялась, так что удлинение возрастало до 8,2, что должно было благоприятно сказаться на дальности полета. На крыле добавили два мотора. Фюзеляж расширили и переделали бомбоотсеки, так что стала возможной внутренняя подвеска бомб калибра 1000 и 2000 кг. Пожалуй, при некоторой доработке туда влез бы и фантастический атомный пятитонный «Иван». Предусмотрели электропривод управления стабилизатором и шаровой пушечной установкой, которую хотели смонтировать в носу фюзеляжа. Сброс бомб тоже осуществлялся электричеством. Максимальный взлетный вес машины оценивался в 45 т. Самолет должен был оснащаться восемью двигателями М-34Р с дальнейшим переходом к более мощным М-34ФРН (реально появившимся тольков 1936 г.). Шесть из них стояли в ряд на крыле и два в отдельной установке на фермах над фюзеляжем, как у ТБ-4. Теоретически самолет мог лететь и на шести моторах, поэтому отказ двух не считался критичным.
Хотя основным считался тяжелый бомбардировщик, параллельно делались проработки по военно-транспортному, пассажирскому и «агитационному» вариантам. Так, транспортная машина предназначалась для перевозки тяжелой и громоздкой военной техники — танков и артиллерийских орудий. В основном их хотели крепить снаружи, между стойками шасси, но кое-что размещалось и внутри. Например, прикидывали подвеску в бомбоотсеке танкетки Т-27 (ТБ-1 и ТБ-3 ее возили снаружи). В пассажирской машине, предназначенной для дальних рейсов, предусматривалось размещение 60 — 70 людей в комфортабельных кабинах: не то железнодорожное купе, не то пароходная каюта. Для пассажиров предусматривались буфет (в некоторых документах он числится «рестораном»), салон отдыха и целых два туалета. Интересно, что на фотоснимках макета четко видно, что салон, буфет и кабины намеревались освещать не привычными для самолета плафонами, а настенными светильниками типа бра с абажурами!
Экипаж состоял из десяти человек, в том числе «прислуги». Предусматривался и вариант «люкс» для доставки «ответственных руководящих политических и общественных работников или группы работников в отдаленные районы страны для проведения кампаний на местах». На нем «прислуги» должно было быть вдвое болыце.
Гражданский АНТ-20 мог использоваться и как грузовой для доставки особо ценных грузов (например, пушнины или золота из отдаленных районов Сибири). Интересно, что Туполев планировал сделать машину легко конвертируемой из пассажирской в грузовую.
Но на первый план довольно неожиданно вышел агитационный вариант. Идею предложил известный журналист Михаил Кольцов — построить огромный самолет имени Максима Горького. Сам Горький в то время был еще жив и только что отпраздновал 40-летие литературной деятельности. Подхватив мысль Кольцова, 19 сентября 1932 г. Журнально-газетное объединение постановило начать сбор денег на самолет «Максим Горький», затем возник специальный комитет по постройке машины. Как водилось в СССР, областям и крупным городам раздали разнарядки — сколько сдавать. Выполнение контролировали партийные инстанции. К декабрю 1932 г. набрали уже полтора миллиона рублей.
В январе 1933 г. приступили к выработке технических требований к агитационному самолету. От машины требовали скорость 220 — 240 км/ч, полезную нагрузку 6000 — 7000 кг, дальность полета не менее 1000 км. Предусматривались сменное шасси (летом — колеса, зимой—лыжи), металлические (а не деревянные) воздушные винты, внутренняя телефонная связь, пневмопочта, отопление кабин, «центральная электростанция», позволяющая иметь ток при стоянке самолета. Особо оговаривалось применение материалов и оборудования только отечественного производства. Это было обусловлено пропагандистским назначением АНТ-20. Задание первоначально предусматривало безангарное хранение машины, позже этот пункт из документа изъяли.
17 января 1933 г. комитет по постройке «Максима Горького» своим письмом выдал ЦАГИ заказ на проектирование и постройку одного экземпляра АНТ-20. Позже в разных бумагах эта машина именовалась обычно просто МГ. Срок сдачи заказчику ставился 1 мая 1934 г. — очевидно, с расчетом вывести его на традиционный парад над Красной площадью. Договор после утряски финансовых вопросов подписали 10 марта. ЦАГИ получил полмиллиона рублей аванса. Сотрудники института взяли на себя обязательство отработать при создании самолета по 18 часов бесплатно.
АНТ-20 являлся таким же огромным тихоходным гофрированным монопланом, как и АНТ-16, и полностью повторял его аэродинамическую схему. Такой же плоскобортный фюзеляж, такое же крыло толстого профиля, такое же высокое неубирающееся шасси.
