作为对德国进一步侵略所带来压力的回应，美国空军抛弃它一向谨慎地获取昂贵新型武器装备的先例。B-29在其第一架样机建造出来还没怎么飞行以前，就成为走下制图板直接进行工业规模生产的首批军用飞机。在1941年6月16日，美国空军签订了一项与波音公司生产14架“超级堡垒”的合同，交货期始于1943年1月。9月，订购的数量增加到了250架。到那个时候，波音公司已经开始在堪萨斯州的维契托的一家新工厂开工，制造飞机。
12月，日本偷袭珍珠港，美国已无法规避战争。一个月后，新型轰炸机的订单已经增加到了500架，到1942年9月，样机已经开始飞行，并获批准生产1664架B-29型飞机。
很显然，当订单成倍增加的时候，该计划对于波音公司自己来说压力太大了——波音公司也在同时建造B-17，而且是独立建造。贝尔飞机公司和格伦·L.马丁公司分别在乔治亚州的玛丽埃塔和内布拉斯加州的奥马哈的工厂内建造B-29，建造过程受波音公司工程师监督。波音公司把在华盛顿兰顿的另一家工厂的海军航空器工厂改为生产B-29。当计划完全实施的时候，克莱斯勒公司、通用动力公司、古德伊尔橡胶公司以及众多的其他小公司都成为其空前的生产队伍中的一部分。
到1942年，开发和启动B-29的生产投入了大量的资金，以至于新成立的美国空军开始把B-29看作是“30亿美金的豪赌”。在开始的几个月中多次受挫让大家以为这场赌博就要输了。
为了防止赌博的损失，美国空军计划者们一直在修改飞机建造要求——这让平民建造者们感到很灰心。韦尔伍德·比尔，波音公司副总裁，与B-29项目有很深的渊源，他抱怨说，“一架新型飞机就像是一棵圣诞树，人们总是想不断地往上挂东西而且不断地四处改变。”
在第一次试飞以前，命令作了900多个大大小小的变动，其中一些美国空军所要求的变动是根本性质的。来自于建造基地的官员们抱怨波音公司的机翼设计会导致无法接受的高着陆速度。这个问题直指空气动力学工艺的核心，来自于一个叫做“翼载荷”的概念。顾名思义，翼载荷的概念定义为空气中每平方英尺机翼的表面积支撑的负荷数量，或者是整个飞机的总毛重除以总机翼面积之商。
翼载荷是一架飞机有能力起飞，停留在空中和安全着陆的一项重要空气动力学因素；每平方英尺机翼所必须承担的重量越大，飞机在起飞、停留和空降的时候就必须越快。出于同样原因，如此的高速度对于着陆是十分危险的——飞机越重，危险性越高。
解决B-29的问题意味着降低翼载荷，这就会使飞机在以合理安全的速度着陆时仍受控制。这也会允许飞机以相对低的速度起飞，也就是说，这种飞机的机场跑道只需要比正常的长一点就可以了。
然而，波音公司的设计者们对要求改变机翼设计感到恼火。他们已经发明出一种又长又窄的机翼以达到美国空军所要求的高空速度。但是，代价是翼载荷达到每平方英尺70磅，几乎是B-17的两倍。着陆速度必然相当棘手。
最终达成的妥协方案解决了关于机翼的争端。波音公司设计了一套副翼，这些副翼要比珍珠港事件以前的多数战斗机的全部机翼还要大。把副翼伸展开来，增加了B-29机翼20%的面积，允许起飞行驶距离更短、并且具有B-17同样的着陆速度——大约每小时100英里。由于设计师们还没有对B-29副翼来进行试验，波音公司工程师们建立了一套缩微模型，并成功地在一架小型训练机上进行了试验。但是，没有人真的知道这些副翼在轰炸机上表现如何。
其他的问题来自于对B-29性能相互冲突的需求上，包括作为飞机战斗和存活的能力。美国空军已经对大英帝国抗击**德国空军的经历密切关注。英国皇家空军在战斗中损失了许多最好的轰炸机——“维克斯·惠灵顿”，因为“惠灵顿”的三项电驱动的炮塔没能挡住德国的拦截机群。在一些任务中，半数“惠灵顿”中弹坠落。弱点似乎在于其防御装置上，所以美国空军要求B-29机组拥有保护装甲和炮塔的强大火力。
这就是飞机耐飞性和战斗力之间存在的本质差异。波音公司力争制造出“流畅的”飞机，机身尽可能地呈流线型。工程师们断言，飞机拥有大容量的减速系统会增加飞机外壳的负担；除此以外，随着飞机的旋转，炮塔将危及压力体系的安全。
然而，工程师们知道没有足够的火力是致命的。波音公司的韦尔伍德·比尔承认说，“当我把自己摆到驾驶员座舱那些家伙的位置上时，我就能从他们的角度看问题了”。这一次，通用电气公司的工程师们解决了这个问题，B-29最终安装了曾给任何一架飞机所安装的最精细的防御武器。
“超级堡垒”只在机尾安装了人力火炮；但是，四个侧面非人力炮塔转移到了机身的外壳，远离腹部压力舱。在总电力工程师的设计中，每个火炮都是电动的，由在腹部隔间三个炮手或者在飞机前端的轰炸手远程操作控制。炮塔之间由电连接以便任何碰巧最容易看清楚敌人的炮手可以一次用两个或是三个炮塔开火。所有来自于炮塔的瞄准和开火的信息通过一个所谓的“黑盒子”——一台计算机操作，它可以自动转动曲柄修正目标的速度、距离、温度、海拔高度、方向以及飞机的速度。B-29四个炮塔中配置有八挺后来又变成十挺0.5英寸口径的机关枪，一度还加装了两挺同样大口径机枪，飞机尾部是一门20毫米口径的火炮，B-29飞机成为令人敬畏的战斗平台。
另一个对于新型飞机战斗性能的关注在于飞机炸弹舱门。作为一架高水准精密轰炸机，B-29需要在轰炸运转的最后时刻保持如岩石般稳固的运行和速度。但是，缓慢开启的炸弹舱门无法满足以上需要，逐渐减低的速度有可能妨碍轰炸手的计算。为了避免这样的困难，工程师们发明了一个压缩空气操作的扳机，能在0.7秒中猛然打开，3秒钟内关闭。
这些改变需要深思熟虑、独创性以及时间。他们同时也为飞机增加了大量重量，直到当飞行员和工程师们向这棵波音公司的大圣诞树悬挂完了东西的时候，一架B-29的重量在未装载炸弹的时候就已经达到了10.5万磅，比预期要求高出三万磅。
开发进程在1942年夏季进展良好。飞机所有零部件都造出来了——然后进行“酷刑”处理。工程师们对一具完整的机身，向它射击，使它外壳充满0.5英寸和20毫米口径的弹洞，看在断裂以前能承受多大的打击。为了检测压力工作舱的整体性，工程师们逐渐向舱内注入压缩空气，直到舱体着火。（尽管炮手舱的树脂玻璃通过了这些测试，最后在空气中却爆裂了。机舱玻璃不得不一次又一次地重新设计以经受在高海拔的地方遇到的极度压力。）
试航期间还有其他系统需要注意。新型雷达导航装置是在英国开发的技术基础上建立的，在其被B-29信任并接受以前，需要不断地测试和修补。飞机拥有不少于150台电力发动机操作各个部分，涉及从火炮到起落架各个组成部分。发动机需要大量电力以至于不得不开发一种新型发电机来供应充足的电流。
最后，整架飞机在波音公司的西雅图工厂装配。但是，工程师们并没有让飞机飞行，而是首先对堆在外面模仿战斗时的负载称重；然后，为了验证飞机框架的结实度，把飞机提起到27英寸的高度，然后向下抛掉，飞机的各个部件都完好无损。
与“飓风R-3350”的发动机厂所遇到的麻烦相比，在开发B-29机身过程中的困难和时间损耗显得小得多。为了精简重量，莱特公司的工程师们已经创造了一台极为简洁轻便的发动机。但是，这种精简事实证明代价更加昂贵——在某些方面上是致命的。镁是一种要比铝轻1/3的金属，工程师们考虑在飞机的任何可以应用的地方使用它。但是，镁制曲柄轴箱经证实特别脆弱，不能承受18个强有力的汽缸的重击。尽管建造者们继续使用镁制造各个压力小的部件，因为它容易起火，这些镁制曲柄轴箱最终不得不抛弃了。
事实上，数月以来，起火的危险一直存在并且显然无法矫正，以至于危及到可能会放弃整个由B-29所代表的30亿美元的赌博。“飓风R-3350”极容易过热着火。原因很显然：发动机压缩太大，各个部分紧密挤塞在一起，以至于没有足够的空气能冷却汽缸。然而，知道了问题所在并不能立即给出解决的办法，发动机起火问题在飞机开发过程中始终难以解决，并一直走进飞机的战斗生涯。
1942年9月11日，“超级堡垒”的样机终于飞出波音公司西雅图工厂。下午3： 40分，公司首席试飞员，埃德蒙·艾伦，轻松开启油门，第一次驾驶B-29飞机。75分钟后，他安全着陆，宣布“她飞起来了”。这话出自著名的言简意赅的艾伦之口，就是充满感情的赞扬了。第二天，当陆军上校唐纳德·帕特，陆军航空队项目负责人，在试飞后汇报说：“对于如此巨大的飞机却这么容易驾驶简直是难以置信的。”这成为最后的定论。帕特说，B-29要比B-17更容易驾驶。
B-29确实飞起来了——并且飞得很好——但是，这离实际飞行还有很长的路要走。在处女航的五个月后，B-29的主要问题——它的发动机——在波音公司西雅图场地上演了一场悲剧。1943年2月18日，试飞员艾伦和10位波音公司飞行工程师在正午时分乘第二架样机起飞，飞行两个小时测试发动机性能。
中午12： 16分，艾伦用无线电向波音公司信号楼发送消息，报告他的位置在西雅图南20英里5000英尺高度处。五分钟后，他又呼叫了一次，平静地请求降落许可。他说：“一号发动机着火了，问题并不严重。”
三分钟后，艾伦报告他自己在1500英尺高度，降落中，并没有提及火情。但是，一分钟后，一名在西雅图信号塔高空的某个管理员对试飞中的飞机呼叫：
“艾伦，你最好赶快下来，机翼失火很严重。”然后，艾伦镇静的声音再次浮现在信号塔频道里，向管理员请求启动救火设备。他补充说，“我马上下来，一只机翼起火。”
45秒钟后，波音公司基地电力都停了。B-29裂开了一条深深的缝隙，一头扎进附近一家包装厂的五层楼里。飞机上所有的11名乘员以及20名厂里的工人都死了。
飞机的坠毁对于B-29计划来说代价是极为巨大的。波音公司设计与检测人员中的精英都随着飞机坠毁一起牺牲了。艾伦本人，作为公司研究领域部门的领袖，对于这种巨型飞机的机械的复杂性要比任何其他别的人了解的都多。生产因此延迟了几个月。阿诺德司令命令对“飓风”发动机致命的易燃性展开彻底调查。密苏里州的参议员亨利·杜鲁门，一家军用生产监督委员会的主席，开展了他自己的调查，随后发表了一项严厉的报告，既批评了发动机的建造者们，也指责了陆军航空队。
在调查者们，看来，长期以来就存在的一个问题，即在发动机中使用镁促成了这次毁灭性的火灾。镁是一种易燃的金属，一旦点燃，就会以相当高的温度激烈燃烧。这样，任何一个时间段在一架过热的发动机上起的火都会有可能接触到发动机中镁金属的部分；接触镁以后，火势就无法控制了。只需要用90秒钟的时间就可以通过发动机隔火墙烧到机翼架构中去；不久，机翼就会从机身突然断开。
出于对飞机坠毁原因的调查，陆军航空队做出决策采取直接控制整个B-29生产计划：生产制造与飞行测试及训练战斗人员同时进行。准将肯尼斯·沃尔夫司令，莱特的装备师的司令官，按整体计划所要求的负责管理B-29特别项目；上校“乡下佬”伦纳德·哈曼被任命为他的代表。
为了再次推动此事，沃尔夫和哈曼在1943年5月末访问了波音公司西雅图的总部。然而，就在西雅图，哈曼上校几乎遭遇另一场B-29惨剧。他要乘一架“超级堡垒”的样机进行一次试飞，在跑道前端，他打开油门，巨型飞机咆哮着运行起来了。但是，一刻钟后，随着飞机以几乎起飞的速度猛冲向前，飞机右翼不可思议地倾斜向下，缓慢地离开跑道。哈曼使劲让飞机震颤着停了下来。当沃尔夫司令和波音公司的经理们到来的时候，他们发现飞机完好无损。哈曼情绪十分激动地指出原因：人为错误加上飞机的机械弱点。一名粗心的工人不知什么原因颠倒了副翼控制电缆。由于电缆的互相缠绕，一个控制动作趋向于提高右翼而不是相反降低它。
尽管接连不断的延迟、故障、失事，以及维修让人发狂，但似乎1943年首批B-29将很快用于对抗敌人，或许提早至下年1月。时限越来越近，美国空军不得不决定到底用“超级堡垒”做什么，以及敌人到底是谁的问题。这项决策在优先名单中地位十分重要，深受罗斯福总统关注。