Этот восьмиместный пассажирский самолёт, как и его шестиместный предшественник «Сталь-2», сконструирован коллективом, возглавляемым А. И. Путиловым. Основной материал, из которого сделан его каркас, хорошо освоенная в годы первой пятилетки нержавеющая сталь «Энерж-6». При постройке самолёта широко применялась точечная электросварка, которая при полной надежности не давала добавочного веса. Благодаря этому весовая отдача «Сталь-3» достигала 41 процента. Вес пустого самолёта — 1672 кг, взлётный — 2817 кг.

Схема самолёта — подкосный высокоплан. От «Сталь-2» новый самолёт, проходивший испытания в 1933 году, отличался большими размерами. Его двигатель М-22 был на 180 л.с. мощнее. Крыло большой площади (34,8 м2) имело щелевые элероны и закрылки. Тормозные колеса закрывались обтекателями. Благодаря всему этому «Сталь-3» при той же посадочной скорости развивал максимальную скорость до 240 км/час (на 40 км/час больше, чем «Сталь-2»), потолок увеличился до 6550 м, а дальность полёта возросла до 960 км.