В начале 30-х годов авиационные конструкторы пытались создать штурмовик с сильной броневой защитой экипажа и жизненных узлов самого самолёта. Однако эти попытки при использовании схемы биплана не приносили успеха. Скорость штурмовиков едва достигала 200 км/час, маневренность была явно недостаточной, длина разбега очень большой. В 1932 году бригада конструкторов, возглавляемая С. А. Кочеригиным и М. И. Гуревичем, начала разрабатывать проект тяжёлого штурмовика монопланной схемы под двигатель М-34 мощностью в 750/830 л.с.

В конце 1933 года опытный самолёт — моноплан с низко расположенным крылом площадью 45,04 м2 и подкосами, находящимися над центропланом, был построен и получил название ТШ-3 (тяжёлый штурмовик-третий). Обычное шасси имело на колесах обтекатели. Передняя часть фюзеляжа с мотором, кабиной лётчика и стрелка представляла собой бронекоробку. Толщина брони: впереди — 8 мм, снизу, с боков и сзади — 6 мм. Двигатель сверху не бронировался. Его радиатор был выдвижной, бронированный снизу. В момент атаки лётчик мог его втягивать в фюзеляж.

Задняя часть фюзеляжа — ферменная, сварная из стальных труб, обшита полотном. Крыло и оперение — дюраль с полотном. Вооружение: две батареи — каждая из пяти пулемётов, размещенных в крыле по обе стороны фюзеляжа. Помимо этого, штурмовик имел три кассеты для осколочных бомб и два пулемёта на турели.

Во время испытаний, которые проводил лётчик В. К. Коккинаки, штурмовик, несмотря на большой взлётный вес (3557 кг при весе пустого к 2665 кг), развивал скорость до 247 км/час, поднимался на высоту 5800 м, дальность его полёта — 470 км. Эти лётные качества были выше требований 1932 года, но для весны 1934 года — времени окончания испытаний и доводок — скорость была уже недостаточной. ТШ-3 в серии не строился.