Даже после ареста в 1937 г., находясь в тюрьме, А. Н. Туполев начал конструировать один из наиболее эффективных бомбардировщиков Великой Отечественной войны. Сначала от него требовалось создание тяжелого четырехдвигательного самолета, но он возразил, что армии важнее пикирующий бомбардировщик с двумя двигателями. Вскоре ему удалось убедить в этом руководство страны. В январе 1941 г. ТУ-2 прошел первое пробное испытание, получив прекрасную оценку испытателей и конструкторов. Несмотря на все это, проект мог встать на полку, потому что армия делала упор на производство истребителей. Только когда И. В. Сталину начали приходить донесения с отличными отзывами об аппарате, вождь приказал срочно наладить массовое производство Ту-2. Эти самолеты применялись на Курской Дуге, при штурме Калининграда и Берлина.

А. Н. Туполев не только возил всюду свою супругу, но и привлекал ее к оформлению пассажирских самолетов Ту-70 и Ту-104. Юлия Николаевна увлеченно выбирала ткани, расцветку материала для салона и кресел, заботилась об освещении интерьера и кухни. Ей нравился традиционный русский стиль. По сути, она была один из первых дизайнеров конструкторского бюро Туполева.

После того как А. Н. Туполев возглавил ЦАГИ, он активно начал развивать авиационную отрасль. Уже в 1923 г. он создал свою первую машину: легкий самолет смешанной конструкции АНТ-1. А первой «звездой» Туполева, не имеющей мировых аналогов стал АНТ-4 (ТБ-1), советский бомбардировщик-моноплан, получивший название «Страна советов». Именно АНТ-4 снимал с льдины экипаж челюскинцев.

Именно на самолете А. Н. Туполева совершил свой уникальный перелет В. П. Чкалов. В 1954 г. Туполев создал ТУ-114, легендарный самолет, не имевший аналогов не только по сравнительно небольшой цене, но и по надежности. ТУ-114 еще долго лидировал среди гражданской авиации. Он стал широко известен не только в СССР, но и по всему миру. Через год в воздух поднялся первый советский реактивный гражданский самолет ТУ-104.

А. Н. Туполев совершил настоящий переворот в отечественном авиастроении. Он придерживался мнения, что чем больше деталей вносится на первом чертеже, тем совершеннее выйдет в итоге машина. Небрежные чертежи он считал простыми отписками, а еще очень сердился, когда ему предоставляли умозрительные заключение. Он ценил только точные факты и скрупулезные расчеты. Активно занимался изучением сплавов и именно благодаря ему в СССР появились металлические самолеты. К тому же, он разработал технологию, благодаря которой машины собирались гораздо быстрее. Конструктор руководил производством разведчиков, истребителей, бомбардировщиков, транспортных, пассажирских, морских самолетов, а также торпедных катеров, аэросаней, гондол, мотоустановок и первых советских дирижаблей.