Несмотря на то что первым проектом, реализованным на 29-м заводе НКВД, был Ту-2, в ВВС наименование Ту-1 присвоили одной из модификаций Ту-2, которая предусматривала переделку скоростного среднего бомбардировщика в двухместный истребитель дальнего действия, предназначенный для сопровождения и прикрытия бомбардировочной авиации и морских конвоев.

Туполев слегка уменьшил размеры Ту-2 и снизил вес самолета. Экипаж уменьшился с четырех до двух человек. Проектные работы начались в конце 1943 года, и в начале 1945 года был построен опытный образец. Главные отличия от Ту-2 заключались в габаритах самолета и конструкции пилотской кабины, а также типе двигателей. На опытном образце установили два мотора АМ-39УВ конструкции Микулина, по 1 640 л.с. каждый. Опытный образец построили на 156-м авиазаводе, и в свой первый полет он отправился с аэродрома в Жуковском 21 мая 1945 года. Летнотехнические характеристики самолета впечатляли: при скорости 680 км/час он имел дальность полета 2 500 км и потолок 10 000 м.

Хотя война и заканчивалась, Ту-1 запустили в серию на 166-м заводе в Омске. На серийных машинах стояли уже 1900-сильные двигатели АМ-43Б. Вооружение включало четыре авиапушки НС-23 с фиксированной траекторией стрельбы и одна пушка ШВАК, которой управлял стрелок, размещавшийся в задней части кабины.