Для перелета приказано было подготовить один из первых серийных ТБ-1, получивший имя "Страна Советов". Но, учитывая несовершенство техники того времени, предусмотрели и запасную машину, в качестве которой выступил "дублер". Именно ему суждено было добраться до Америки.

На поспешно изъятом из НИИ ВВС самолете провели контрольный перелет Москва - Орел - Брянск - Москва, чтобы установить истинный расход горючего.

Поскольку значительная часть маршрута перелета пролегала над морем, решили использовать поплавковое шасси. В ЦАГИ спроектировали крепления для установки на ТБ-1 поплавков от немецкого бомбардировщика ЮГ-1. Предназначенная для перелета машина № 603 (то есть третья серийная), кроме узлов под поплавки, отличалась усиленными лонжеронами центроплана, дверями в фюзеляже и дополнительными бензиновыми и масляными баками. Вооружение на ней не устанавливалось, проемы турелей в хвостовой части зашили. Самолет получил все положенное электро- и радиооборудование (на бомбардировщиках предусмотренное, но реально отсутствовавшее) и значительное количество дополнительных приборов иностранного производства.

Срок готовности машины установили 15 мая, затем сдвинули на 26 июня. Задержки вызывались опозданием с подготовкой чертежей дополнительных баков и поплавкового шасси. 22 июня ТБ-1 вывезли на аэродром. Он стал первым серийным самолетом этого типа. Пробный полет совершили 14 июля. Моторы перегревались. Дело в том, что полетный вес у рекордной машины был существенно больше, чем у опытного образца. В ЦАГИ срочно спроектировали и изготовили радиаторы увеличенной площади. Через пять дней их уже смонтировали на "Стране Советов".

Экипаж состоял из командира С.А. Шестакова (тогда личного пилота начальника УВВС), второго пилота Ф.Е. Болотова, штурмана Б.В. Стерлигова и бортмеханика Д.В. Фуфаева. От ЦАГИ подготовкой перелета занимался В.М. Петляков. Самолет должен был пролететь почти всю страну, на Дальнем Востоке сменить колеса на поплавки и продолжить путь вдоль побережья Тихого океана. Океан собирались пересечь в самом узком месте - через Берингов пролив. Далее маршрут лежал вдоль восточного побережья Северной Америки, после чего планировалось пересечь США от океана до океана.

Рассматривались и два альтернативных варианта: через Европу и Северную Атлантику и через Западную Африку и Южную Америку, но их сочли более сложными. Предлагался даже проект кругосветного перелета, при котором Берингов пролив пересекался в обратную сторону (с Аляски). Основным аргументом за выбранный маршрут было прохождение большей его части над территорией СССР, что облегчало подготовку.

В расчетные точки перелета завезли горючее и запасные части. Надо сказать, что из-за высокой по тем временам степени сжатия двигатели BMW VI работали не на чистом бензине, а на бензин-бензольной смеси, являвшейся в то время редкостью; бензол импортировали из Германии.

8 августа 1929 г. экипаж Шестакова стартовал с Центрального аэродрома. На подлете к Уралу "Страну Советов" атаковал орел, в результате на передней кромке правого крыла осталась заметная вмятина. До Красноярска добрались без особых проблем. На взлете забарахлил мотор, но вскоре обороты пришли в норму. Очередная посадка предполагалась в Верхнеудинске, однако Шестаков при поддержке Болотова принял решение лететь дальше, в Читу. Стерлигов возражал, поскольку, по расчетам, прибыть туда можно было только ночью. И оказался прав - в темноте экипаж заблудился. Когда сожгли весь бензин, пришлось садиться на склоне сопки. Летчики не пострадали, но машина была искорежена.

В ближайшем селе узнали, что находятся в 80 км от Читы. Шестаков получил приказ срочно прибыть в Москву и был отправлен туда самолетом. Остальные ехали поездом. На вокзале их встретил командир, сообщивший: "Готов другой самолет, завтра с рассветом вылетаем!"

Остается неясным, были ли обе машины заранее сделаны внешне идентичными, или "дублер" спешно доводили, пока поезд шел от Читы до Москвы. Во всяком случае, на фотографиях разницы между двумя экземплярами "Страны Советов" совершенно не заметно.

23 августа, уже без особой помпы, Шестаков с товарищами вновь взял курс на восток. Над Уралом засбоил левый мотор, пришлось садиться в Челябинске. За ночь его починили, но на аэродроме не оказалось бензина. Понадобился незапланированный "крюк" в Курган. Чтобы наверстать график, Омск пролетели и сели в Новосибирске. На подходе к Иркутску отказал один двигатель - еле дотянули до аэродрома. Три дня меняли мотор, затем пошли дожди и низкая облачность затянула сопки. График летел ко всем чертям. Но "роковую" Читу миновали благополучно. В Хабаровске сменили колеса на поплавки. 9 сентября первый раз попробовали взлететь с воды. Машина взад и вперед носилась по Амуру, но подниматься в небо не хотела. Лишь оставив на берегу часть снаряжения и частично слив горючее, 12 сентября экипаж смог продолжить путь.

После посадки в Николаевске-на-Амуре самолет направился на Камчатку, а оттуда - на о. Атту (Алеутские о-ва). Взлету с Атту мешали рифы. Стоявший в бухте корабль "Красный вымпел", подстраховывавший перелет, принял на борт часть груза и двух членов экипажа. На облегченной машине остались Болотов и Стерлигов. Через семь часов они сели у о. Уналашка. Летчиков перевез на берег военный катер. Но вернуться на нем они не смогли: начался отлив, и катер оказался на песке. Выручили местные рыбаки со своими лодками.

На следующем этапе погода испортилась - к Ситхе подходили в тумане и дожде. Вдобавок из-за падения давления масла пришлось отключить левый мотор. Болотов приказал подать сигнал SOS, но радиостанция не работала - аккумулятор разрядился. За борт выбросили весь груз, якорь и слили часть бензина, но до места назначения все-таки добрались. От Ситхи экипаж опять летел в полном составе.

Но до Сиэтла не дотянули. Левый двигатель еще раз отказал. Сели в первой попавшейся бухте и стали ждать, пока привезут мотор. Менять его пришлось на плаву, потратив на ремонт 10 дней.

В Сиэтле "Страну Советов" встречали В.М. Петляков и моторист М.М. Егоров. Машину переставили на колеса. Вылетели благополучно, но до Сан-Франциско не добрались - вышел из строя мотор (причем опять левый). На аэродроме в Портленде определили, что сломалась масляная помпа. Американцы ее быстро починили. В Сан-Франциско задержались ненадолго, вскоре взяв курс на Чикаго. Там советских летчиков встречали с оркестром при большом скоплении народа. Дальше Петляков летел на самолете. Перелет завершили в Нью-Йорке.

В Европу машина и ее экипаж возвращались на пароходе "Мавритания". Через месяц в Москве всех участников первого перелета советского самолета в США наградили орденами Боевого Красного знамени и почетными грамотами ВЦИК.