Планер состоял из полумонококового цельнометаллического фюзеляжа и ферменного крыла с оперением, обшитым перкалем. Вся конструкция, собиравшаяся из стальных труб и фасонных профилей, соединенных точечной сваркой, отличалась значительной трудоемкостью.
В июне 1934 года начальник «Аэрофлота» И.С. Уншлихт собрал совещание по рассмотрению эскизного проекта самолета двойного назначения «Сталь-7», разработанного в СНИИ ГВФ. Как следует из протокола совещания, машина, предложенная Бартини, разрабатывалась в пассажирском и военном вариантах.
Первоначально самолет прорабатывался с двигателями жидкостного охлаждения М-17, а затем — с лицензионными «Испано-Сюиза», получившими в Советском Союзе обозначение М-100. Для обоих вариантов самолета задавалась посадочная скорость 80 км/ч, а максимальная — с двигателями М-17 достигала 350 км/ч, с М-100 — 370 км/ч. Рассматривался вариант «Сталь-7» и с моторами М-34. Создавая «Сталь-7», Бартини пришел к выводу, что с двигателями М-100 мощностью по 750 л.с. на высоте 2400 метров можно перешагнуть 400-километровый рубеж скорости, и интуиция в сочетании с точным расчетом не подвела конструктора.
Разрабатывая свой проект, Роберт Людвигович, помимо достижения высоких летных данных самолета, не забывал и о комфорте пассажиров. Однако руководители гражданской авиации думали иначе, ставя на первое место скоростные характеристики машины. В итоге по их требованию высоту салона снизили с 1,8 до 1,55 метра, и пассажирам даже среднего роста пришлось бы перемещаться по салону в полусогнутом положении.
Желание руководства ГВФ сделать гражданскую авиацию резервом ВВС привело к тому, что в протоколе совещания у начальника Аэрофлота И.С. Уншлихта 3 июня 1934 года появилась запись:
Довоенный лозунг «Выше всех, быстрее всех, дальше всех» заставил авиаконструкторов пойти на поводу у политиков. Забегая вперед, следует отметить, что подобные «явления» сопровождали советское авиастроение на протяжении всего существования СССР, заставляя конструкторов думать прежде всего о политических последствиях, а уж потом о пассажире. Впрочем, я немного отвлекся.
Первый полет на «Сталь-7» в сентябре 1936 года 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, «Сталь-7» отличался хорошей устойчивостью и управляемостью, имел неплохие взлетно-посадочные характеристики и мог лететь на одном моторе. В отечественной литературе получила хождение информация о демонстрации самолета «Сталь-7» в ноябре 1936 года на «ХV Парижской авиационной выставке», что не соответствует действительности. В те дни в Париже демонстрировались рекордный самолет АНТ-25 (РД) и пассажирский АНТ-35, а также двигатель АМ-34 и, подчеркиваю, лишь модель «Сталь-7».
Начавшаяся зима приостановила испытания и доводку самолета, вдобавок 19 января 1937 года начальник Главного управления ГВФ Ткачев подписал распоряжение, согласно которому конструкторскую группу при заводе № 240 расформировали, оставив лишь несколько специалистов «для доводки и наблюдения за самолетом «Сталь-7».
В феврале 1937 года было дано задание переоборудовать самолет в специальный вариант для получения скоростной дальности, что и было сделано конструкторским коллективом совместно с заводом ГВФ № 240. В доводке самолета большую работу проделали В.Н. Ермолаев и ведущие инженеры НИИ ГВФ А.А. Радциг и З.Б. Ценципер.
С 16 августа по 9 ноября 1937 года пилоты Н.П. Шебанов и В.А. Матвеев провели совместные с НИИ ГВФ заводские испытания доработанной машины с моторами М-100А с полетным весом 6500–7000 кг. Но завершить их в полном объеме не удалось, и, ввиду наступления ранней зимы, с ноября 1937-го по февраль 1938 года самолет находился в ангаре.
В феврале 1938 года Бартини был репрессирован, и его арест затормозил все работы по пассажирскому авиалайнеру.
С февраля по май на самолете проводились доводка и подготовка к специальным испытаниям.
С мая по июль 1938 года на «Сталь-7» в НИИ ГВФ выполнили лишь четыре контрольных полета, сорвав намеченные сроки испытаний. Тогда командование «Аэрофлота» создало специальную комиссию для дальнейших испытаний и с 22 июля по 6 сентября завершило их.