Самолёт Р-Z – это дальнейшее развитие самолёта Р-5. Первоначально эту машину на заводе называли Р-5-М34, а затем - "изделием 38", и лишь к 1936 г. Самолёт получил наименование P-Z. Проектирование велось опытно-конструкторским отделом завода под руководством Д.С.Маркова и А.А.Скарбова.

По сравнению с Р-5 были проведены следующие изменения:

- фюзеляж укоротили на 800 мм, придав ему овальное сечение.

- хвостовое оперение стало иной формы с осевой аэродинамической компенсацией вместо роговой.

- между крылом и фюзеляжем появились зализы.

- уменьшили хорду крыльев и изменили их профиль на более скоростной.

- колёса 800×200 мм тормозные, на первых сериях в обтекателях как на ССС потом упразднённых, с масляно-пневматической амортизацией.

- кабина лётчика — закрытая, с фонарём сдвигаемым назад.

- турель экранированная в общем обтекателе с фонарём.

- для снижения веса полотняная обшивка покрывалась двумя слоями аэролака вместо трёх на Р-5.

- новый мотор был мощнее М-17ф устанавливаемого на ССС и развивал на высоте 3500 м мощность 750 л. с., а на взлётном режиме имел 850 л.с . На более поздние серии ставился М-34НА и М-34НВ меньшей высотности.

- подкрыльевые бомбодержатели Дер-31, на ухватах которых подвешивали бомбы от ФАБ-16 до ФАБ-250 (2 в перегруз), а также осколочные или специальные аналогичной массы, включая ротативно-рассеивающие (кассетные) РРАБ-250. Вместо бомб самолёт мог взять четыре химических выливных прибора ВАП-4 или два дымогенератора ДАП-100.

- у стрелка-радиста, выполнявшего также функции бомбардира, был смонтирован электробомбосбрасыватель ЭСБР-1, который дублировался механическими АСБР-2 у стрелка и у пилота. На машинах выпуска 1937 г. вместо бомбосбрасывателей ЭСБР-1, иногда отказывавших при низких температурах, внедрили ЭСБР-3П.

- стрелковое вооружение состояло из двух пулемётов. Впереди находился ПВ-1 (как на Р-5) с боезапасом 500 патронов, а сзади — ШКАС (1000 патронов) на турели Тур-32. В версии штурмовика ставилось дополнительно 4 ШКАС под нижним крылом.

Модификации:

P-Z - разведчик и лёгкий бомбардировщик, основной серийный вариант.

P-Z штурмовик - штурмовик, вооружение дополнительно 4×7,62-мм пулемётов ШКАС под нижним крылом.

P-Z рекордный - ещё более облегчённый самолёт с улучшенной аэродинамикой (небольшие зализы и отполирован до блеска), одноместный. Разработан В. В. Никитиным. Лётчик В. В. Шевченко 7 мая 1937 года достиг высоты 10 380 м, а 8 мая — 11 100 м.

P-Z с грузовыми кассетами - на серийные самолёты ставили на нижнем крыле фанерные обтекаемые кассеты у бортов фюзеляжа.

Р-Z телемеханический - беспилотный радиоуправляемый вариант. Облегчён за счёт снятия стрелкового вооружения и некоторого оборудования, оснащён автопилотом отечественного производства. Предполагалось использовать в качестве самолёта-снаряда. Наведение осуществлялось с земли с помощью пульта-тумбы и мобильной радиостанции. Переоборудован 1 экземпляр в 1937 году, испытывался в НИИ ВВС. Забракован из-за ненадёжности системы радиоуправления.

Р-Z-ТК - высотный разведчик с двигателем М-34НФ (взлётная мощность 985 л. с.) и двумя турбокомпрессорами ТК-1. Переоборудован 1 экземпляр; проходил госиспытания 22 января — 6 марта 1939 года в Евпатории. Достигнут потолок 10 230 м, скорость на высоте 8000 м — 295 км/ч (у обычного Р-Z — 184 км/ч).

П-Z  почтово-транспортный -  всего для гражданского воздушного флота СССР было выпущено около 200 штук. Полезная нагрузка 275 кг. Эксплуатировался в ГВФ и ведомственной авиации в 1937-39 годах (последние — до 1942 года)

ПТ- АМ-34НБ — один экземпляр, переоборудованный силами «Аэрофлота» в почтово-грузовой. На нижнем крыле установлены грузовые контейнеры по типу почтового П-5. Верхнее крыло смещено на 50 мм назад, на нижнее поставлены закрылки. Дополнительные расчалки в хвостовом оперении, усилена радиоаппаратура. Полезная нагрузка возросла до 494 кг, но лётные данные снизились.