Работая в Севастополе, он, кроме испытаний авиационной техники, исследовал причины коррозии дюралевых конструкций гидросамолетов и совместно с инженером М.Г. Акимовым разработал методы защиты от нее. В дальнейшем на основе полученных результатов в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) им. Н.Е. Жуковского была создана специальная лаборатория, ставшая впоследствии одним из подразделений Всесоюзного института авиационных материалов (ВИАМ).

Служба в Севастополе совпала с подготовкой перелета сухопутного самолета «Страна Советов» (АНТ-4) – облаченного в гражданскую форму тяжелого бомбардировщика ТБ-1. Поскольку значительная часть маршрута этого перелета пролегала над акваторией Тихого океана, то самолет следовало «оморячить» – заменить колесное шасси поплавковым. Эту задачу Бартини также успешно решил, будучи техническим руководителем морского этапа полета. Перелет прошел успешно, и в том же 1927 году Роберт Людвигович стал членом ВКП(б) – Всесоюзной Коммунистической партии (большевиков).

Бартини быстро дослужился до старшего инспектора по эксплуатации материальной части Управления Военно-Воздушных Сил Черного моря, и на этом его карьера военного инженера закончилась.

Ходят разговоры, что пробовать свои силы в качестве конструктора Р.Л. Бартини начал в 1925 году, когда вместе с В.М. Мясищевым он привез в Коктебель на Всесоюзные планерные состязания свой первый безмоторный аппарат. Документальных подтверждений этому обнаружить не удалось, но есть косвенные свидетельства постройки планера при участии Бартини. Более того, в бытность председателем технического московского комитета Общества друзей Воздушного флота (ОДВФ) Бартини написал работу по графическому определению скорости снижения планеров.

В 1927 году, как говорилось выше, Бартини стал заниматься подготовкой перелета самолета АНТ-4 «Страна Советов» в Соединенные Штаты Америки. Его экипажу предстояло пролететь над тремя континентами и акваторией Тихого океана. Летать над водной поверхностью от Хабаровска до американского города Сиэтла на сухопутном самолете было опасно, и для того, чтобы снизить риск, его попытались установить на поплавки от трехмоторного ЮГ-1, на котором полярный летчик Борис Чухновский спасал экипаж дирижабля «Италия» после неудачной попытки полета к Северному полюсу. Однако водоизмещение поплавков оказалось недостаточным для более тяжелой «Страны Советов», и за дело взялся Роберт Людвигович. Под его руководством в Москве в отделе опытного морского самолетостроения ОПО-3, куда он нередко наведывался для консультаций у специалиста в области гидродинамики К.Ф. Косоурова и конструктора И.В. Четверикова, поплавки доработали, удлинив их носовые части.

Испытания поплавков проводили в Таганроге, куда летчик С.А. Шестаков, будучи шеф-пилотом П.И. Баранова – начальника Военно-воздушных сил РККА, перегнал самолет ТБ-1. Когда на самолет поставили поплавки и спустили на воду, произошло непредвиденное. Ночью порывом ветра машину сорвало с якорей и чуть не выбросило на берег. Это насторожило Шестакова, и он потребовал, чтобы Бартини присутствовал на испытаниях.

Морские испытания на Азовском море прошли успешно. Самолет легко буксировался за катером, его остойчивость не вызывала сомнения, он устойчиво глиссировал, мог взлетать и садиться при довольно сильном волнении моря. Надо отметить, что судьба этой машины была неудачной. При первой попытке перелета «Страна Советов» в начале августа была разбита, а подготовка второго самолета, владельцем которого являлся (по документам) Осоавиахим, затянула день старта ближе к осени, когда штормовая обстановка в акватории Тихого океана усиливалась, свидетельствуя о приближении зимы.

29 августа 1929 года самолет с регистрационным номером URSS-300 стартовал с Центрального аэродрома Москвы. Самым слабым звеном всего перелета были авиадвигатели, и для обеспечения полета «Страны Советов» по всему маршруту завезли семь запасных моторов в Хабаровск, на остров Уналашку, Сетль и на плавбазу «Красный вымпел».

АНТ-4 «Страна Советов» на поплавках Бартини в бухте американского города Сиэтл

3 сентября самолет приземлился в Хабаровске, где колеса заменили поплавками. Спустя девять дней машина, превратившаяся в гидросамолет, взлетела с Амура и направилась в Николаевск, возвестив о начале морского этапа трансконтинентального перелета «Страны Советов» в Нью-Йорк. 21 сентября «Страна Советов» приводнилась около Атту – ближайшего к Советскому Союзу острову из архипелага Алеутских островов, принадлежавшего Соединенным Штатам Америки. Спустя десятилетия штурман самолета Борис В. Стерлигов рассказывал:

«21 сентября мы расстались с родной землей, и «Страна Советов» пошла над волнами бурного осеннего Берингова моря при низкой облачности и плохой видимости. Предстояло выйти на маленький американский островок Атту, удаленный от Петропавловска на 1100 км. В те времена это была нелегкая и опасная задача: ни радиокомпаса, ни радиолокатора.

Требовалось выйти на островок точно. Промах грозил гибелью – не хватило бы топлива до следующего пункта посадки. Сам по себе островок тоже таил немалую опасность: при видимости менее километра можно врезаться в скалы. Именно так погибли здесь два американских самолета в 1928 году…

Первым увидел остров Ф. Болотов. Вскоре наш самолет покачивался в маленькой укрытой бухточке. Но оказалось, мы попали в западню. Окруженная крутыми склонами гор, бухточка была закрыта с моря рифами. Трое суток мы пытались стартовать, но каждый раз разбег приходилось прекращать из-за опасности налететь на рифы. Помочь нам мог только ветер, если бы он подул вдоль бухты с моря. Он к нам и пришел вместе с мощным тайфуном. Наша машина легко оторвалась от воды и с штормовым попутным ветром понеслась к следующему пункту маршрута – острову Уналашка, 1400 километров мы покрыли за семь часов полета.

На Уналашке, в бухте Датч-Харбор, стоял высланный нам навстречу американский крейсер «Чилен».

Следующий этап Уналашка – Сьюард запомнился как единственный день полета при ясном солнце над бесчисленными островами, мысами и бухтами, открытыми нашими славными землепроходцами Шелеховым, Берингом, Чириковым и другими.

Наиболее трудным оказался участок полета от Сьюарта до Ситки, который проходил над морем. Здесь, на середине этапа, когда до берега в любую сторону оставалось не менее 400 км, у нас сдал один мотор. Господствовавший в море шторм исключал всякую мысль о посадке на огромные океанские валы. В этой обстановке летчики Болотов и Шестаков показали чудеса летного искусства, ухитрившись буквально висеть на одном моторе над самой водой в течение почти пяти часов, пока мы наконец долетели до Ситки.

Надо было сменить мотор. На плаву, на морской волне, без всяких приспособлений это казалось непосильным делом. Но наша дружная четверка под руководством Димы Фуфаева справилась с задачей, и 13 октября мы снова поднялись в воздух.

Плохая погода заставила уйти от скалистого берега подальше в море, и через десять часов полета над сердитым Тихим океаном мы произвели посадку на озеро около города Сиэтл.

Здесь «Страна Советов» «сняла» поплавки и «обула» колеса. Морской этап длиной 8000 км закончился».

Полет завершился блестяще, и за успешное выполнение правительственного задания члены экипажа летчики С.А. Шестаков и Ф.Е. Болотов, штурман Б.В. Стерлигов и бортмеханик Д.Ф. Фуфаев были награждены утвержденным незадолго до этого орденом Трудового Красного Знамени, а Роберт Людвигович удостоился грамоты Всесоюзного Центрального исполнительного комитета СССР.

Параллельно Бартини продолжал заниматься теоретическими исследованиями в области аэродинамики, в частности разрабатывал новые крыльевые профили. Аэродинамика и математика – это две неразрывно связанные дисциплины. Увлечение точными науками у Бартини возникло рано, и немалую роль в этом сыграл его приемный отец. Как пересказывал И. Берлин, Бартини старший поучал Роберто: «Наблюдаемые в природе явления становятся законами только тогда, когда их можно сформулировать математически».