El 19 de mayo de 1945, el piloto Perelyot puso en vuelo por primera vez el Tu-10, nacido como el ANT-68, un bombardero táctico de alta velocidad basado en otro desarrollo del Tu-2, el SDB (bombardero diurno rápido) o ANT-63. El desarrollo del ANT-68 comenzó en 1943, y el prototipo se construyó a partir de un Tu-2S estándar.

La mayor diferencia residía en su equipo propulsor, que utilizaba los motores en línea Mikulin AM-39FNV en lugar de los radiales Shvetsov M-82. Otros cambios estructurales incluyeron una cubierta más ancha para el piloto y el navegante, radiadores enterrados en las raíces de las alas, aletas más grandes y nuevos montajes defensivos para la torreta.

Los vuelos de prueba mostraron un excelente rendimiento, con una velocidad máxima de más de 600 km/h, siendo la variante más rápida del Tu-2. La única desventaja en comparación con el Tu-2S fue una autonomía operativa reducida de unos 1740 km, unos 300 km menos que el avión base. La Fuerza Aérea recomendó los motores AM-39FN-2 mejorados (también conocidos como AM-40), y que las hélices de 3 palas se cambiaran por unas de 4 palas, las aletas se agrandaron de nuevo y se realizaron algunos pequeños cambios estructurales.

Este reacondicionamiento se llevó a cabo en mayo de 1946 y, tras los vuelos de prueba, se aprobó la producción, con la única exigencia de una mayor autonomía de 2.100 km. La producción comenzó en la factoría 82, en Omsk, durante 1947 con el nombre de Tu-10. Sin embargo, tras solo 10 ejemplares, se canceló debido a los avances en los aviones a reacción, y ningún Tu-10 entró en servicio en la Fuerza Aérea Soviética.