В конце 1930-х годов в ОКБ-16 под руководством Виктора Беляева начали проектировать самолёт необычной схемы. Это был двухфюзеляжный высокоплан с обратной стреловидностью крыла, разнесённым горизонтальным оперением и вращающимися остеклёнными кабинами стрелков в хвостовых частях мотогондол. Машина получила обозначение ДБ-ЛК и задумывалась как дальний бомбардировщик, способный превзойти по лётным характеристикам серийный ДБ-3
Самолёт разрабатывался по постановлению Комитета обороны при СНК СССР 1938 года как дальний скоростной бомбардировщик нового поколения. Конструкция отличалась рядом оригинальных решений. Два двигателя М-87Б размещались в носовых частях фюзеляжей-мотогондол, которые сзади переходили во вращающиеся пулемётные кабины, обеспечивавшие стрелкам круговой обзор и плотный огонь по задней полусфере.
Размах крыла составлял около 21,5 м, длина самолёта — около 12,5 м, площадь крыла — примерно 56 м². Двигатели М-87Б представляли собой 14-цилиндровые двухрядные радиальные моторы воздушного охлаждения мощностью около 950 л.с. на взлёте. Винты — трёхлопастные изменяемого шага ВИШ-3.
Система оборонительного вооружения включала семь пулемётов ШКАС, из которых четыре прикрывали корму, два спаренных устанавливались в центроплане, а общий боезапас составлял 4500 патронов. Бомбовая нагрузка достигала 2000 кг, из которых 1000 размещались на внутренней подвеске.
Крыло самолёта проектировалось с особой тщательностью. Удельная нагрузка на него составляла около 160 кг/м², угол стреловидности консолей — 5°42 минуты, удлинение — 8,81. Для улучшения взлётно-посадочных характеристик предусматривались автоматические предкрылки на законцовках и посадочные щитки по всей задней кромке. Конструкторы рассчитывали получить максимальную скорость 550 км/ч на высоте 7000 м и дальность 4000 км с бомбовой нагрузкой 1000 кг.
При нормальной взлётной массе около 9000 кг удельная мощность силовой установки составляла примерно 4,7 кг на лошадиную силу, что соответствовало уровню двухмоторных бомбардировщиков конца 1930-х годов. Для сравнения: серийный ДБ-3 с двумя двигателями М-88 мощностью по 1100 л.с. развивал скорость около 430–445 км/ч.
Постройка самолёта завершилась в начале 1940 года. Испытания в НИИ ВВС выявили серьёзное расхождение между расчётными и реальными характеристиками. С двигателями М-87Б удалось достичь лишь 488 км/ч. Взлётно-посадочные свойства оказались неудовлетворительными: скорость отрыва составляла 180 км/ч, посадочная — 155 км/ч, разбег и пробег были чрезмерно велики.
Центр тяжести самолёта располагался слишком близко к хвосту. При полной загрузке топливом и боеприпасами это приводило к ухудшению устойчивости. В наборе высоты самолёт начинал раскачиваться по тангажу, что указывало на недостаточную продольную устойчивость. Фактическая дальность полёта на испытаниях оказалась заметно ниже расчётной и не превышала примерно 3000 км, что снижало ценность самолёта как дальнего бомбардировщика.
Серьёзные нарекания вызвали эргономика и оборонительное вооружение. Кабины оказались тесными, обзор из них — особенно у штурмана — признали неудовлетворительным. Вращающиеся стрелковые кабины, несмотря на оригинальность замысла, оказались малопригодны для боевой работы: стрелок физически не мог эффективно обслуживать обе пулемётные точки, а переход между ними был затруднён.
Кабины заполнялись выхлопными газами в концентрации, десятикратно превышавшей допустимую, что делало невозможным длительное пребывание в них без противогаза. Экипаж самолёта составлял четыре человека: лётчик, штурман и два стрелка. При размещении экипажа в разнесённых гондолах взаимодействие между членами экипажа осложнялось, что отмечалось в отчётах испытаний.
После серии доработок, включавших увеличение площади рулей, изменение центровки за счёт балласта в капотах моторов и усиление хвостового оперения, самолёт предъявили на повторные испытания. Однако и они не принесли желаемых результатов. Комиссия констатировала, что ДБ-ЛК недоступен лётчикам средней квалификации, не обеспечивает эффективного бомбометания из-за плохого обзора, а его оборонительная система не соответствует заявленным требованиям.
В 1940 году работы по самолёту прекратили. К этому времени в серийное производство уже был запущен модернизированный бомбардировщик ДБ-3Ф (впоследствии Ил-4), обладавший скоростью около 430–445 км/ч и значительно лучшими эксплуатационными характеристиками, что дополнительно снижало перспективы ДБ-ЛК.
Впоследствии предпринималась попытка переделать ДБ-ЛК в пикирующий бомбардировщик с тормозными решётками и автоматом вывода из пикирования, однако она не получила развития. Самолёт остался в единственном экземпляре.
ДБ-ЛК, будучи попыткой перехода от классической схемы к «летающему крылу», продемонстрировал как перспективность нетрадиционных аэродинамических решений, так и сложность их реализации на существовавшем технологическом уровне. Конструкторам удалось создать машину с оригинальной силовой схемой и нестандартной системой оборонительного вооружения, однако совокупность недостатков — от недостаточной мощности силовой установки до эргономических просчётов — не позволила довести самолёт до серийного производства. По компоновке ДБ-ЛК иногда сравнивают с экспериментальными двухбалочными самолётами того времени — например, истребителем Lockheed P-38 Lightning или советским САМ-13, однако в отличие от них ДБ-ЛК имел крыло с обратной стреловидностью и центральную гондолу экипажа, что делало его аэродинамическую схему значительно более сложной.