Серийное производство ББ-22 было развернуто в декабре 1939 г., первая машина взлетела 31 декабря, в феврале 1940 г. машина испытывалась с лыжным шасси. Помимо бомбардировочного варианта разрабатывались и другие варианты – фоторазведчик Р-12 и дальний истребитель сопровождения И-29 (ББ-22 ИС).

ББ-22, оснащенный двумя двигателями М-103 мощностью по 960 л. е., развивал максимальную скорость 530 км/ч, имел дальность полета 800 км и практический потолок 8800 м. В 1940 г. самолет переименовали в Як-2. В процессе производства в конструкцию Як-2 вносили дальнейшие усовершенствования: улучшили компоновку кабины экипажа, усилили бронезащиту, установили более мощные двигатели М-105, поставили наружные бомбовые держатели.

Новая модификация получила обозначение Як-4, производство машин этой модификации началось осенью 1940 г. В феврале 1941 г. самолет был принят на вооружение советских ВВС, однако он оказался не особенно успешным в эксплуатации, поэтому его сняли с производства в апреле того же года. Всего выпущено около 200 машин обоих вариантов, большую их часть потеряли в боевых действиях до конца 1941 г., уцелевшие же машины использовались до 1945 г.

Характеристики ББ-22 (Як-4): экипаж – 2 человека, силовая установка – 2 х М-105 мощностью по 1100 л. е., размах крыла – 14,0 м и его площадь 29,4 м^>2, длина самолета – 10,18 м, вес пустого – 4000 кг, взлетный вес – 5845 кг, максимальная скорость – 574 км/ч, дальность – 1200 км, скороподъемность – 920 м/мин, практический потолок – 10 000 м, вооружение – 3 пулемета ШКАС калибра 7,62 мм и 800 кг бомб.

Летом 1930 г. по распоряжению Реввоенсовета при ЦАГИ было организовано Бюро особых конструкций (БОК) для изучения аппаратов новых и необычных схем. В тематику БОК входили высотные самолеты, стратостаты, «бесхвостки», самолеты с ракетными двигателями, автожиры и т. д., бюро занималось также вопросами безопасности полета. Начальником БОК был назначен Владимир Антонович Чижевский.

В 1935 г. БОК начало серию работ по созданию высотных (стратосферных, по терминологии того времени) самолетов. Осенью следующего года был построен и испытывался стратосферный самолет БОК-1 (СС) с герметичной кабиной для экипажа из двух человек. Фактически БОК-1 представлял собой РД (АНТ-25) с крылом немного уменьшенного размаха, неубираемым шасси с обтекателями на колесах и двигателем М-34РН. Гермокабина выполнялась в виде капсулы и вставлялась в фюзеляж. Самолет испытывался осенью 1936 г., во время испытаний был достигнут потолок 10 700 м. После этого самолет максимально облегчили, что позволило в дальнейших испытаниях достичь потолка 14 100 м. При пилотировании самолет вел себя устойчиво, термокамера испытания тоже выдержала и была рекомендована при полетах на высотах более 8000 м. В качестве недостатков отмечался очень ограниченный обзор из гермокабины.

В 1938 г. испытывался вариант самолета под обозначением БОК-7. БОК-7 конструктивно повторял БОК-1, но у него была доработана гермокабина (ее стенки являлись стенками фюзеляжа) и поставлена новая система жизнеобеспечения. Для улучшения обзора экипажу гермокабина получила два выпуклых купола над сиденьями летчика и летчика-наблюдателя с несколькими иллюминаторами каждый. В качестве двигателя использовали М-34ФРН с двумя турбокомпрессорами. Самолет использовался в дальнейшем для тренировки экипажей, готовившихся к дальним высотным перелетам. На тренировках экипажи жили по нескольку суток в герметической кабине самолета, стоявшего на земле.