ДВБ-302 - дальний высотный тяжелый бомбардировщик  с мощным стрелковым вооружением, выполняющий стратегические бомбардировки в далеких тылах, днем и ночью, без сопровождения истребителей, был дальнейшим развитием уже проекта ДВБ-202.

По конструкции самолет представлял собой цельнометаллический свободнонесущий моноплан с высоко расположенным крылом большого удлинения.

Экипаж самолета - 9 человек и два запасных места для отдыха, расположенные в трех герметических кабинах. Это было новшество.

Для обеспечения безопасности посадки самолет снабжен трехколесным шасси и посадочными щитками. Вертикальное оперение - однокилевое, горизонтальное – свободнонесущее.

Фюзеляж состоит из передней герметичной кабины, средней части (бомбовой отсек), задней герметичной кабины, хвостовой части и хвостовой герметичной кабины.

В передней герметичной кабине, имеющей хорошее остекление, расположены пять членов экипажа: бомбардир, два пилота, штурман и бортинженер. Впереди было расположено сиденье бомбардира и бомбардировочный прицел, за ним два пилотских сиденья с бронированными спинками.

Пилоты имели спаренное управление самолетом, индивидуальные пульты управления двигателями и необходимые пилотажные приборы, расположенные на приборных досках.

Позади пилотов, с левой стороны кабины, помещался бортинженер со всеми приборами и механизмами, необходимыми для управления и контроля винтомоторной группой. Все приборы и рычаги управления были расположены на пульте бортинженера.

Рядом с бортинженером, на правой стороне кабины, расположен штурман с аэронавигационным оборудованием, обеспечивающим вождение самолета в сложных метеоусловиях; ему же были приданы функции бортрадиста со всей аппаратурой внешней связи.

В передней кабине размещены также верхняя и нижняя стрелковые установки и передняя стойка шасси в убранном положении. Эти агрегаты были отделены от внутреннего пространства кабины герметичными кожухами.

Вход в кабину - через дверь, расположенную по правому борту кабины и открывающуюся внутрь кабин. По левому борту - аварийная дверь. Передняя герметичная кабина так же как и две остальных имела тепло- и звукоизоляцию.

В средней части фюзеляжа расположен бомбовый отсек. В средней герметичной кабине расположен стрелок двух верхних установок и два стрелка нижних установок. Каждый стрелок был снабжен пультом управления оружием и необходимыми приборами. Обзор и прицеливание производились через прозрачные блистеры из плексигласа.

Стрелковые установки (верхняя и нижняя), расположенные в средней кабине, отделены от нее герметичными кожухами. В этой же кабине были расположены два откидных дивана для отдыха экипажа.

Вход в кабину осуществлялся через боковую дверь. Передняя и средняя кабины были соединены между собой герметичной трубой-лазом, диаметром 650 мм, через которую экипаж обеих кабин имел возможность сообщаться между собой.

Кормовая часть фюзеляжа несла на себе хвостовое оперение, хвостовую предохранительную опору и хвостовую герметичную кабину со стрелковой установкой.

Конструкция фюзеляжа представляла собой цельнометаллический полумонокок с гладкой работающей обшивкой, толщиной 1,5 мм.

Крыло состояло из трех частей: центроплана и двух отъемов. Форма крыла в плане - трапециевидная, с закругленными концами. Профиль крыла у корня NA-CA-22, к концам крыла переходило в профиль ЦАГИ-К4.

Конструкция крыла - двухлонжеронная, с работающей обшивкой, изготовлена из дюраля. Пояса лонжеронов выполнены из гнутых или прессованных дюралевых стандартных профилей, кроме нижнего пояса 1-го лонжерона, выполненного из специального дюралевого профиля. В конструкции крыла был предусмотрен обогрев носка. Крыло снабжено элеронами типа ЦАГИ и щелевыми закрылками. На центроплане крепились четыре мотогондолы, по две с каждой стороны, монококовой конструкции.

Хвостовое оперение. Горизонтальное оперение самолета свободнонесущее. Вертикальное оперение однокилевое, симметричного профиля; относительная толщина профиля у горизонтального оперения - 10 %, у вертикального - 8%. Силовой каркас оперения - дюралевый, полки лонжеронов - из бульб профилей, стенки и все нервюры - штампованы из листового дюраля. Киль и стабилизатор обшиты дюралевым листом, все рули - полотном.

Самолет был снабжен трехколесным убирающимся в полете шасси. В хвостовой части фюзеляжа имелась предохранительная амортизационная опора, также убирающаяся в полете.

Уборка и выпуск шасси производились электромеханическим или гидравлическим способом. Была предусмотрена дополнительная аварийная электролиния. Амортизаторы всех четырех опор были выполнены по принципу масляно-пневматических с торможением на обратном ходу.

Конструкция основной стойки шасси - консольная, подкосная (два боковых и ломающийся задний подкос). В нижней части стойки была жестко укреплена ось, несущая два колеса, размером 1325х485 мм, с двойными пневмо-гидравлическими тормозами.