Согласно заданию основным назначением БШ-2 являлось "...уничтожение живой силы противника во всех вероятных положениях и его боевых средств, главным образом, в оперативной зоне и войсковых тылах; нарушение переброски войск противника; разрушение аэродромов, авиационных и мотомеханизированных баз; уничтожение средств ПВО; взаимодействие с наземными войсками..."

Самолет должен был иметь: надежное бронирование экипажа, мотора, горючего и бомб; максимальную скорость у земли 385-400 км/ч; посадочную скорость 105-110 км/ч; дальность полета с нормальной полетной массой 800 км, а с перегрузкой - до 1000 км; практический потолок - 8000 м; вооружение: у летчика - 2 пулемета ШКАС и 2 крупнокалиберных пулемета для стрельбы вперед, у летнаба - спарка пулеметов ШКАС, емкость бомбодержателей - 250-300 кг.

В ходе более детальной проработки проекта БШ-2 ОКБ С.В. Ильюшина отказалось от дополнительного бронирования жизненно важных частей штурмовика, выполненного в виде бронекапсул, сохранив только сплошной бронекорпус, который защищал мотор, водо- и маслорадиаторы, масло- и бензобаки, а также летчика и штурмана-стрелка. Кроме этого, для защиты летчика и штурмана-стрелка предусматривалось очаговое бронирование в виде небольших бронещитков. Толщина брони везде 5 мм.

3 января 1939 г. С.В. Ильюшин предъявил Начальнику ВВС КА командарму 2-го ранга А.Д. Локтионову на утверждение эскизный проект и макет бронированного штурмовика БШ-2 (заводское обозначение ЦКБ-55) с мотором АМ-34ФРН. Макетная комиссия, заседание которой состоялось 26 января, признала, что проект и макет штурмового самолета БШ-2 с АМ-34ФРН в целом соответствует предъявляемым к машине ТТТ. В утвержденном 2 февраля 1939 г. А.Д. Локтионовым протоколе заседания макетной комиссии С.В. Ильюшину рекомендовалось: установить толщину брони носовой части до кабины летчика - 4 мм; борта кабины летчика и летнаба - 5 мм с частичным утолщением в зоне сидений до 7 мм, низа фюзеляжа - 4 мм, около боков - 5 мм, задней стенки кабины - 8 мм; допустить расчетную дальность на скорости 260 км/ч - 560 км у земли и на высоте 4000 м на скорости 300 км/ч - 650 км; разработать установку дополнительных бензобаков в бомбовом отсеке и т.д.

В это время уже стало ясно, что по ряду причин (вовремя не созданы штампуемая авиационная броня двойной кривизны, технология изготовления бронекорпуса и т.д., а также в связи с тем, что мотор АМ-34ФРН был снят с производства) БШ-2 к установленному сроку построить невозможно. В этой связи в феврале 39-го С.В. Ильюшин вместе с Я.В. Смушкевичем доложили А.Д. Локтионову новые тактико-технические требования к БШ-2 с более мощным у земли мотором АМ-35 (взлетная мощность 1350 л.с.), который за месяц до этого удовлетворительно прошел заводские испытания.

Варианты установки радиаторов на БШ-2. А - под фюзеляжем, выпускаемые в поток. Б - в тоннеле в фюзеляже. 1. Передний бензобак. 2. Нижний бензобак. 3. Воздухозаборник карбюратора. 4. Радиаторы. 5. Радиаторы в выпущенном положении

Изменения ТТТ коснулись в основном: увеличения практического потолка до высоты 9000-9500 м; уменьшения времени набора высоты 5000 м до 8-9 минут; снижения длин разбега и пробега до 250 м и 280 м соответственно; ослабления стрелкового вооружения до 4-х пулеметов ШКАС (боекомплект 3000 патронов) в крыле для стрельбы вперед и одного ШКАС (боезапас 750 патронов) на турели для стрельбы назад. Бомбовое вооружение и требование к бронированию самолета остались прежними.

ТТТ к БШ-2 АМ-35 были утверждены А.Д. Локтионовым 15 февраля, и уже на следующий день на 39-м авиазаводе началась постройка двух опытных штурмовиков. На машиностроительном заводе им. Г.К. Орджоникидзе в Подольске были изготовлены первые два экспериментальных бронекорпуса...

Однако вскоре, ввиду того, что мотор АМ-35 не прошел в феврале 1939-го 100-часовые государственные испытания, все работы по опытным машинам были приостановлены.

В  марте 39-го мотор АМ-35 после доработки успешно отработал на заводских испытаниях и в апреле вновь был предъявлен на повторные государственные испытания, которые прошел удовлетворительно.

9  июля С.В. Ильюшин доложил наркому авиационной промышленности М.М. Кагановичу о готовности первого опытного экземпляра штурмовика БШ-2 № 1 (ЦКБ-55 № 1) к проведению заводских испытаний. Однако нарком потребовал от ОКБ проведения статических испытаний крыла и оперения до 67% от расчетной нагрузки и балансировки рулей машины.

Через двадцать дней, 29 июля 1939 г., вышло Постановление комитета обороны № 226 "О создании модифицированных бомбардировщиков и новых опытных бомбардировщиков и штурмовиков на 1939-40 гг.", которое обязывало С.В. Ильюшина передать на государственные испытания первый экземпляр бронированного штурмовика БШ-2 в сентябре 1939 г., а второй экземпляр - в ноябре этого же года.

15 августа "во исполнение Постановления КО от 29.07.39" вышел приказ по НКАП № 256, который освобождал "Главного конструктора т. Ильюшина от всех работ, кроме модификации ДБ-3 2М-88 и постройки бронированного штурмовика БШ-2..."

Проведение статических испытаний и устранение недостатков первого экземпляра опытного штурмовика ЦКБ-55 затянулись до октября 39-го. Только 2 октября БШ-2 № 1 под управлением В.К. Коккинаки совершил первый испытательный полет, который длился всего 10 минут, так как мотор перегревался, а самолет валило влево. 30 декабря В.К. Коккинаки поднял в воздух 2-й опытный БШ-2 № 2 (ЦКБ-55 № 2).

Заводские испытания опытных машин затянулись на 5 месяцев и продолжались до 26 марта 1940 г.

Проблемы с доводкой машин были связаны главным образом с неудовлетворительной работой мотора АМ-35, проходившего летные испытания впервые, и системы охлаждения воды и масла (охлаждение мотора и его систем, особенно на режимах взлета и набора высоты, было недостаточным).

В письме от 28 января 1940 г. на имя нового наркома авиапромышленности А.И. Шахурина С.В. Ильюшин отмечал, что: "...Первый опытный самолет бронированный штурмовик (БШ АМ-35) был выпущен в полет 2 октября 1939 года. На самолете были забронированы все жизненные части, включая и радиаторы водяной и масляный. Эти радиаторы установлены в специальном канале бронированного фюзеляжа. В полете была обнаружена недостаточная эффективность охлаждения в этом канале. Было выполнено несколько вариантов размещения. Первый вариант, с которым самолет был выпущен - гликолевое охлаждение, второй вариант - маслорадиатор (новый) был вынесен из фюзеляжа в бронированный туннель под фюзеляж. Жидкостный радиатор был увеличен, отказались от гликоля и перешли на воду под давлением. Вода оказалась в норме. Масло грелось. Третий вариант - водяной и масляный радиаторы вынесены под фюзеляж. Считаю долгом доложить, что в этом бронированном самолете мы встретились с серьезными трудностями в осуществлении такой системы охлаждения, которая была бы полностью забронирована от пуль и была бы достаточно эффективна. Такая задача решается нами впервые и требует времени для ее решения".