Пикирующий бронированный штурмовик ПБШ-1 предназначался главным образом для действий по сильнозащищенным и малоразмерным наземным целям противника (танки, ДОТ, ДЗОТ, и т. д.), а также по его живой силе непосредственно на линии фронта.

По схеме ПБШ-1 представлял собой низкоплан с относительно хорошими аэродинамическими формами.

Переднюю часть фюзеляжа выполнили в виде бронеотсека. Он состоял из двух бортовых щитов в районе кабины летчика (7,5 мм), нижнего щита (5,5 мм), бронещита сзади летчика (15,5 мм), а также броневого диска (15,5 мм) спереди мотора, щитов сверху (4,5 мм), снизу и с боков мотора (7,5 мм). Бронещиты были включены в силовую схему самолета, их крепили на каркасе, а с внутренней стороны соединяли между собой болтами. Толщину брони для защиты пилота и винтомоторной группы выбирали в зависимости от траектории пули по отношению к броне. Места, в которых вероятность попадания под углами, близкими к прямому, была велика, защищали цементированной броней толщиной 15,5 мм. Там же, где попадания были вероятны под малыми углами, устанавливали гомогенную броню в 4,5-7,5 мм. При проектировании учитывали и то обстоятельство, что самолет, летящий со скоростью 120-125 м/с на малой высоте, обстрелять с дистанции ближе чем 200-300 метров весьма проблематично.

Козырек и фонарь делали полностью из броневого стекла толщиной 60 мм и 40 мм соответственно. Фонарь пилота сдвигался назад, для чего имелось пневматическое управление. Он также имел систему аварийного сбрасывания.

Обводы бронекорпуса выбирали таким образом, чтобы свести к минимуму наличие криволинейных поверхностей, что значительно упрощало технологию производства брони и ее сборку. Крепление бронещитов осуществляли посредством ушков, приваренных к броне с внутренней стороны. Такое соединение обеспечивало не только простоту сборки и ремонта бронеотсека в полевых условиях, но и устраняло возможность вылета головок болтов (болты работали только на срез) при попадании снарядов в броню, и как следствие поражение летчика.

Хвостовая часть фюзеляжа представляла собой сваренную из хромансилевых труб ферму, которая имела полотняную обшивку, прикрепленную к дюралевому каркасу. Стабилизатор и киль дюралевые. Рули направления и высоты имели дюралевый каркас и полотняную обшивку. На всех рулях устанавливали триммеры.

Крыло двухлонжеронное, трапециевидной формы. Оно состояло из центроплана и двух отъемных консолей. Лонжероны были стальные, нервюры, стрингеры и обшивка - дюралевые. В дальнейшем, с целью экономии "крылатого металла", предусматривали использование обшивки из бакелитовой фанеры. Каркас элеронов дюралевый, обшивка полотняная. Имелись щитки-закрылки типа Шренк с пневматическим управлением. Управление элеронами и рулем высоты жесткое, рулем направления - тросовое. Педали и сидение летчика могли регулироваться по его росту.

Шасси одностоечное, убираемое в полете. Амортизация масляно-пневматическая, впоследствии для повышения неуязвимости ПБШ-1 предполагали перейти к пружинно-масляной. В случае необходимости, с целью увеличения живучести, основные колеса 700x300 полубаллонного типа можно было заменить на грузошину, для чего предусмотрели необходимый ход шасси. Уборка и выпуск осуществлялась от пневматической системы.

Винтомоторная группа включала в себя двигатель жидкостного охлаждения АМ-38 со степенью редукции 0,902 и металлический винт-автомат типа ЗСМВ-5 диаметром 3 метра. Моторамы в обычном смысле не было, так как двигатель крепили с помощью кронштейнов с подмоторными брусьями непосредственно к стенкам бронекорпуса. Во всех местах, где необходим был доступ к силовой установке, в броне сделали люки. Запуск мотора осуществлялся сжатым воздухом.

Водорадиатор разместили в броне-отсеке за сидением летчика. Его входные и выходные воздушные каналы были бронированные и имели форму, предохраняющую от рикошетных попаданий в радиатор. Маслосистема имела водомасляный радиатор, который также разместили под броней, с левой стороны мотора, а маслобак установили на редукторе мотора.

Самолет имел два протектированных бензобака. Главный бензобак емкостью 650 л находился в бронеотсеке под сидением летчика, второй бензобак емкостью 110 л - между мотором и приборной доской.

Стрелковое вооружение ПБШ-1 включало в себя две 23-мм пушки МП-3 с магазинным питанием конструкции Я.Г.Таубина и шесть пулеметов ШКАС. Пушки с боезапасом по 96 патронов разместили в обтекателях под консолями крыла. Они в первую очередь предназначались для борьбы с бронетанковыми частями и самолетами противника на земле. Для поражения живой силы противника в каждой консоли установили по три пулемета ШКАС с боезапасом по 750 патронов. Все стрелково-пушечное вооружение разместили вне плоскости ометаемой винтом. Управление огнем и перезарядкой было пневматическое.

Бомбардировочное вооружение состояло из двух бомбоотсеков, расположенных в центроплане между лонжеронами крыла. Правда, бомбовую нагрузку предполагали брать только в перегрузку. Каждый отсек состоял из пяти изолированных друг от друга секций. Загрузку бомб производили через верхний съемный силовой люк. Бомбы укладывали рядами без кассет. Их сброс мог осуществляться залпом или попарно из любой секции, причем только с горизонтального полета.

Кроме того, под каждой консолью установили по одной бомбовой балке. Их разместили вне плоскости, ометаемой винтом, что позволяло осуществлять бомбометание с пикирования. Помимо бомб, на балках была возможна подвеска двух сбрасываемых бензобаков емкостью по 150 л каждый.