Начало Второй мировой войны заставило стратегов ВВС США осознать, что им следует сосредоточиться на проектах дальнобойных бомбардировщиков, обозначенных как VHB (очень тяжелый бомбардировщик). Когда оказалось, что такой самолет может использоваться также над Тихим океаном, обозначение VLR (очень длинный радиус действия) казалось более уместным. Такой проект был начат в начале 1940 генералом Генри Арнольдом. Исследовательские проекты представили: Boeing, Consolidated, Douglas и Lockheed. Две последние компании довольно быстро вышли из конкурса, и 6 сентября 1940 были подписаны предварительные контракты с Boeing и Consolidated (позже Convair) на строительство и испытание сначала двух, а затем трех прототипов. Первый из них взлетел 7 сентября 1942 года, Convair XB-32 Dominator, но множество внесенных поправок задержало его ввод в эксплуатацию. Boeing, благодаря своей предусмотрительности, был намного более продвинутым в проектировании соответствующего самолета в 1940 году и мог бы гарантировать ВВС США, что в течение двух-трех лет будет иметь серийные машины. В результате компания получила заказы на 1500 машин еще до того, как прототип поднялся в воздух! Причиной такого продвижения в Boeing было то, что уже в 1938 году был представлен проект усовершенствованного B-17 с герметичной кабиной. Хотя в то время нужды в таком самолете не было, армия США поощряла Boeing модернизировать конструкцию, чтобы предварительно подготовить ее к изменениям в эксплуатационных обстоятельствах. Первый прототип XB-29 совершил свой первый полет 21 сентября 1942 года. Требовалась максимальная скорость 644 км/ч, поэтому самолет имел среднеплановый, гусеничный фюзеляж с круглым фюзеляжем и крылом с большим удлинением. Так как такое крыло требовало высокой скорости при посадке, его оснащали закрылками Фаулера большого размаха, при распускании увеличивали площадь крыла на 20%. Это, в свою очередь, позволяло снизить скорость захода на посадку. Самолет был оснащен электрически выдвижным шасси с передним колесом и герметичной кабиной. Также за крылом располагалась вторая герметичная кабина, в которой размещались члены экипажа, обслуживавшие стрелковые турели, а наблюдение за окружающей средой облегчало дополнительное остекление кабины в форме пузырька. Отделения пилотов и заднее отделение экипажа были соединены низким туннелем, через который можно было перелезть через передний и задний бомбовые отсеки.
