Управление ВВС продолжало иметь свои виды на новые самолеты-гиганты. Похоже, что там остались сторонники сверхтяжелых бомбовозов. 31 марта 1936 г. утвердили новое задание на военный вариант АНТ-20бис. Он рассматривался как машина двойного назначения - дальний бомбардировщик и военно-транспортный самолет, применяемый как днем, так и ночью, а также в сложных метеоусловиях. От такого военного МГ-бис требовали максимальную скорость на высоте 275 км/ч при максимальной скорости у земли 250 км/ч. Посадочная скорость задавалась равной 100 км/ч, практический потолок — 6000 м. Предельная дальность определялась в 3000 км, но с 4000 кг бомб она уменьшалась вдвое, до 1500 км.

Мотоустановка военного варианта состояла из шести двигателей М-34РН на универсальных моторамах, позволяющих при необходимости монтировать вместо них М-34Р без нагнетателей. Винты - трехлопастные металлические, изменяемого шага, типа ВИШ-4. В отличие от гражданской машины от военного МГ-бис требовали наличия системы аварийного слива топлива из всех баков с расходом не менее 1000 кг/мин.

Экипаж военного варианта должен был состоять из 12 человек: освобожденного от других функций командира, двух пилотов, штурмана-бомбардира, трех бортмехаников, радиста и четырех стрелков.

Оборонительное вооружение самолета складывалось из пяти 20-мм пушек ШВАК (две из них монтировались в спаренной установке в носу фюзеляжа) и четырех 7,62-мм пулеметов ШКАС - у командира, штурмана, на фюзеляже сверху и один перебрасываемый с борта на борт (для стрельбы в окно). Общий боезапас составлял 2400 снарядов и 6000 патронов.

Тележка шасси ПС-124 до установки обтекателя	Тележка шасси после установки обтекателя

Внутри задней части крыла	Вид на мотор АМ-34ФРН изнутри крыла

Нормальная бомбовая нагрузка военного МГ равнялась 4000 кг. Большая часть бомб располагалась внутри фюзеляжа в кассетах. На самолете собирались смонтировать четыре шестизамковых кассетных бомбодержателя КД-3, четыре четырехзамковых КД-3 и дополнительно два четырехзамковых КД-2 для пристрелочных и светящихся бомб.

Бомбы крупного калибра (от 500 кг) машина должна была нести снаружи на двух балках ДОТ-2000. Предусматривались следующие варианты загрузки: 16 бомб по 250 кг; восемь по 500 кг; четыре по 1000 кг; две по 2000 кг. В придачу к этому можно было взять четыре пристрелочных бомбы по 50 кг или от 14 до 25 светящихся по 4 кг.

Сброс основных бомб осуществлялся двумя электробомбосбрасывателями ЭСБР-2. Для пристрелочных и светящихся предусматривался отдельный ЭСБР-3. При отказе электробомбосбрасывателей в ход шли дублирующие механические сбрасыватели ACT (один для боевых бомб, другой - для пристрелочных и светящихся). Прицеливание при бомбометании собирались вести с помощью прицелов ОПБ-2, С-4, СП-122 и СП-123. Наличие двух последних показывает, что задание предусматривало вместо бомб также и несение морских мин и торпед, сбрасываемых на парашютах. На самолете должна была быть установлена система «Шутка», позволявшая осуществлять залповое бомбометание всей группы самолетов по радиосигналу с головной машины строя.