Au début des années 1930, les théories du général Douhet sur la guerre aérienne (en particulier le bombardement stratégique à outrance) ont le vent en poupe. C'est ainsi qu'en 1932, l'ancêtre de l'armée de l'air lance le programme BCR (Bombardement, Chasse, Reconnaissance), un multiplace multirôle devant remplacer les biplaces légers de bombardements. Les spécifications définitives furent émises en octobre 1933 : l'appareil devait emporter une tonne de bombes à 350 km/h, à 4000 m d'altitude et à 1300 km. Il devait peser entre 5 et 7 tonnes, emporter 4 à 5 hommes et être équipé de mitrailleuses, d'appareils photographiques et d'une radio.
3 appareils répondirent à ce programme : le Bréguet 460, le Farman 420 et le Bloch MB 130. Potez, lui, avait conçu le Potez 54 sur fonds propres. Le prototype de cet appareil conçu par Louis Coroller fut construit à partir du 25 août 1933. Il prit l'air entre les mains de Labouchère le 14 novembre 1933 et fut présenté au dernier moment.
Le Potez 54 était un monoplan à ailes hautes, avec une structure métallique recouverte de bois et de métal. Le prototype était propulsé par 2 Hispano-Suiza 12Xbrs à 12 cylindre en V de 690 cv. Le train était classique et semi-rétractable, le train principal se logeant dans les nacelles moteurs. 3 tourelles, situées dans le nez, sur le dos et dans le ventre servaient à la défense. 4 avions de présérie motorisés par des Hispano-Suiza 12Xirs furent également construits.
Les essais durèrent du 23 mars au 5 mai 1934, et montrèrent que l'appareil était rapide et maniable, mais sujet à de fortes vibrations. Lors de la mise au point la dérive d'origine, alors double, fut remplacée par une unique dérive afin d'améliorer la stabilité, et l'appareil fut redésigné Potez 540. Des hélices tripales remplacèrent les hélices bipales, et une mitrailleuse MAC 34 de 7,5 mm remplaça le canon Hispano-Suiza de 20 mm en tourelle dorsale. Le Potez 540 fut donc retenu par l'Armée de l'Air, tout comme le Bloch 130.