Поворотный пункт в истории Политехнического музея — Всесоюзная выставка «Наши достижения», приуроченная к XVII съезду ВКП(б).
В начале 1930-х годов перед Политехническим музеем стояла задача «отразить в динамике состояние и перспективы развития народного хозяйства СССР, содействовать политическому просвещению масс, стать… рупором производственно-технической пропаганды». Музейные фонды были распределены по новым секторам — общему, фабрично-заводскому и сельскохозяйственному. Лаборатории музея превратились в центры по повышению квалификации рабочих. Политехнический музей стал научно-методическим центром большой сети технических музеев всей страны.
Кульминацией этой работы стала выставка «Наши достижения» 1934 года. Она демонстрировала победы социалистической индустрии за годы первой пятилетки и убеждала в правильности выбранного пути развития страны. Идея выставки зародилась в первых числах января, а открытие было приурочено к началу работы XVII съезда ВКП(б). На нём утверждался второй пятилетний план развития народного хозяйства СССР с 1933 по 1937 год, предусматривающий превращение Советского Союза в «технико-экономически независимую страну и самое передовое в техническом отношении государство в Европе».
На подготовку выставки был дан предельно краткий срок — 20 дней.
Устройство выставки потребовало огромной работы: здание Политехнического музея нужно было приспособить к приёму нескольких тысяч экспонатов. Некоторые из них весили 9 тонн. Для обеспечения энергией действующих экспонатов пришлось увеличить мощность трансформатора музея, ввести дополнительные 30 километров проводки. Все 20 залов музея, 6000 квадратных метров, отремонтировали и переоборудовали. Для этого привлекли свыше тысячи инженеров, художников, методистов, монтёров и строительных рабочих.
Самое большое и видное место на выставке было отведено станкостроительной промышленности — ровеснице первой пятилетки. Там показывали многорезцовый токарный станок МТ-30, зубодолбёжный станок З-Д-18, комбинированный станок КСК, радиально-сверлильный станок Харьковского завода, тип станка второй пятилетки «Индекс» и другие машины.
В отделе энергетики демонстрировали две модели паровых турбин в 1/10 натуральной величины. Одна из них мощностью в 500 кВт, вторая — 50 000 кВт, модели парового котла и сверхмощного компрессора Сталиногорского химического комбината, импульсный генератор, сконструированный Украинским физико-техническим институтом для расщепления атомного ядра.
Как писали в материалах о выставке, «изумление посетителей вызывает ткацкий автомат, сконструированный советским специалистом Смуляком». Станок, предназначенный для выработки пёстрых тканей с рисунком, на выставке демонстрировал свою работу — выпускал готовую четырёхцветную «шотландку».
В зале общего машиностроения показывали модели диспетчерских пультов, установленные на заводе ГПЗ в Москве и «Двигатель» в Ленинграде и получавшие сигналы от станков: зелёная лампа — требование материала, жёлтая — наладчика, красная — ремонт.
Об отделе химии на выставке говорили, что это прекрасное наглядное пособие по истории химической промышленности, созданной на голом месте в необычайно короткий срок. Например, там демонстрировалась сложная модель установки для получения синтетического каучука из спирта по методу академика Лебедева. Рядом — шина из синтетического каучука — «сверхбаллон типа Кара-Кум для легкового автомобиля», которая «показала своё качество в знаменитом каракумском пробеге, доказав на деле, что советский синтетический каучук на температуру и трение устойчивее естественного».
Модель опытной шахты для газификации угля в Лисичанске демонстрировала процесс получения генераторного газа из разрыхлённого и раскалённого слоя угля.
В отделе лесохимии центральным экспонатом стала огромная электрифицированная карта — «Рост лесохимической промышленности СССР». Небольшой уголок был отведён гидролизу древесины, который обещал сэкономить народному хозяйству большое количество картофеля и зерна. Огромное значение гидролиз имел и для производства того же синтетического каучука.
Выставка охватывала больше 20 главнейших отраслей народного хозяйства. Наряду с вновь созданными станко-, моторо- и авиастроением можно было видеть переоборудованный механизированный Донбасс, электрифицированную промышленность Баку, измерительные инструменты с допуском до 1/1000 миллиметра, метеорологические, геодезические и электроизмерительные приборы.
Всесоюзная выставка «Наши достижения» стала поворотным пунктом в истории Политехнического музея, она легла в основу новой экспозиции, подвергшейся для этих целей коренной реорганизации в 1935 году. Старые отделы были свёрнуты, часть коллекций была передана в другие музеи.
К 1937 году в Политехническом музее появились постоянные отделы — Энергетики, Топливной промышленности, Металлургии, Машиностроения, Химии, Связи, Приборостроения, отражавшие развитие важнейших отраслей хозяйства страны.
Со всей страны в музей приезжали инженеры и техники, рабочие-стахановцы, колхозники, студенты. Они не только знакомились с новейшими отечественными достижениями, но и получали технические консультации. Посещаемость музея достигла рекордной величины — миллион человек в год.
После проведения выставки стало понятно, что нужна постоянная экспозиция такого рода. Началось проектирование Всесоюзной сельскохозяйственной выставки (ВСХВ), позднее — ВДНХ и ВВЦ.