В общем, карьера ТБ-3 в Китае оказалась весьма краткой и вовсе не славной.

Первые настоящие боевые цели ТБ-3 пришлось поражать на родной земле. Летом 1938 г. они участвовали в боях у озера Хасан на Дальнем Востоке. В конце июля японцы заняли позиции на сопках Заозерная и Безымянная на советской стороне границы. Чтобы выбить их оттуда, сосредоточили части Красной армии, которые поддерживали 250 самолетов. В их число вошли и 60 ТБ-3 под командованием А.В.Коновалова. Вечером 6 августа вся эта армада обрушилась на траншеи, артиллерийские батареи и тылы японской группировки, ТБ-3 шли в первой волне.

Это был первый и единственный случай, когда четырехмоторные гиганты применялись так, как было первоначально задумано — днем, большими группами, с залповым бомбометанием из плотного строя со средних высот, при полном господстве в воздухе. По воспоминаниям очевидцев, эффект применения туполевских машин был потрясающий. «Когда я увидел надвигающуюся армаду четырёхмоторных русских самолётов мне стало не по себе, — вспоминал уже после окончания Второй Мировой войны командир орудия сержант Тосио Огава. — Я сразу понял, что многие из нас после этой бомбёжки вряд ли увидят завтрашний рассвет. Признаюсь, мне стало страшно. С приближением тяжёлых бомбардировщиков гул их моторов становился всё более давящим и, оглянувшись, я заметил, как многие мои товарищи мечутся в поисках укрытий. Некоторые ложились на землю лицом вниз и затыкали уши, кто-то сворачивался калачиком, другие, не выдержав напряжения, бросились в бежать в тыл. Троих из них тут же застрелили офицеры штаба нашего дивизиона, а одному мечом отрубил голову лейтенант Итаги.

К сожалению, более или менее должным образом были оборудованы только передовые позиции на господствующих высотах, а наш гаубичный дивизион находился практически на ровном месте. Ситуация усугублялась тем, что наши офицеры были не меньше нас, рядовых, потрясены разворачивающейся трагедией и сами не знали, что надо делать. Видимо, в вышестоящих штабах посчитали, что не стоит информировать личный состав строевых частей о возможностях авиации противника.

Тем временем самолёты оказались над нашими головами, и в следующее мгновение мы услышали нарастающий свист падающих бомб. Их было так много, а вой рассекаемого фугасками воздуха нарастал так быстро, что уже через пару секунд в нём потонули звуки выстрелов наших немногочисленных зениток.

Спустя мгновение на нас обрушился ураган бомбовых разрывов. Наши позиции трясло как при 12-бальном землетрясении. Первый удар взрывной волны я встретил напрягшись, но затем меня швыряло, как тряпичную куклу, и только в первый момент я почувствовал боль от того, что при падении ударился коленом о землю. Меня подбрасывало раз за разом, а я даже не пытался удержаться на земле, хватаясь за камни и малейшие неровности грунта. Все мои мышцы были как будто из сырой глины. Я хотел посмотреть, что происходит вокруг меня, но ничего не увидел, так как всё вокруг заволокло пылью и дымом, сквозь который то впереди, то где-то сбоку вспыхивали молнии всё новых и новых разрывов. Видимо я был сильно контужен, так как ничего не слышал. Впрочем, вряд-ли в то момент я хотел что-то слышать. В голове билась только одна мысль: когда же закончится весь этот ужас? Однако он продолжался как ни в чем ни бывало и в какой-то момент как далёкая надежда мелькнула мысль, что запас бомб на самолётах не бесконечен.

Внезапно всё прекратилось.

…Пыль медленно оседала на землю, и постепенно я стал видеть небо над головой. Тишина была оглушающая. Первым кого я увидел был хохотавший над чем-то лейтенант Итаги. Последний раз когда я его видел перед бомбёжкой он был безукоризненно одет с окровавленным самурайским мечом в правой руке и белым платком в левой. Теперь же он был грязнее последнего нищего. Поначалу я подумал, что налёт вражеских бомбардировщиков всё же не нанёс нам существенного урона и лейтенант смеётся над противником.

Однако в следующее мгновение я понял, что всё гораздо трагичнее. Рядом валялась перевёрнутая гаубица, передок и убитые кони. Снаряды и зарядные гильзы были разбросаны. Я по-прежнему ничего не слышал, но, попытавшись встать, понял, что это выше моих сил. Меня замутило и я остался лежать. Вид безмолвно хохочущего лейтенанта Итаги был настолько страшен, что я закрыл глаза. В это момент ко мне начал возвращаться слух, и первое, что я услышал, был душераздирающий смех лейтенанта Итаги…

…Позже, находясь в госпитале, я узнал что из нашего дивизиона остались в живых только двое — я и лейтенант Итаги…»

Затем поддержку наступающих танков и пехоты обеспечивали в основном СБ и истребители, а ТБ-3 переключились на грузовые перевозки. Наводнение отрезало советские войска от тылов, и самолеты везли к району боевых действий сухари, масло, крупу и махорку. Морскую авиацию к бомбежкам не привлекали, хотя её ТБ-3 дежурили на аэродромах с подвешенными бомбами. Их также использовали для сопровождения пароходов, шедших к заливу Посьет. А16-й транспортный отряд участвовал в перевозках продовольствия и боеприпасов к передовой.

ТБ-3 применялись и на Халхин-голе. Правда, их там было немного. Из состава 4-го ТБАП, базировавшегося у станции Домно в Забайкалье, после начала боевых действий выделили две эскадрильи (бывшие 113-ю и 114-ю) и перебросили их в Монголию, в район Обо-Сомона. К 1 мая ВВС в 57-го стрелкового корпуса (их ещё называли «ВВС т. Фекленко», по фамилии командира корпуса, причем и в официальных документах тоже) прибыли семь ТБ-3 с моторами М-17, еще четыре готовились к вылету в Монголию. Они образовали 19-ю транспортно-санитарную эскадрилью, иногда именовавшуюся также «группой майора Егорова». Позже её боевой состав довели до 23 самолетов. Две другие эскадрильи 4-го ТБАП остались в Домно и использовались как транспортные.

Собственно говоря, поначалу все ТБ-3 на Халхин-голе служили как транспортные. Ближайшая железная дорога находилась в сотнях километров. Всё везли или на автомобилях, или по воздуху. ТБ-3 «челночили» по маршруту Тамцаг-Булак — Чита. К фронту везли оружие, людей, боеприпасы, обмундирование, медикаменты. Однажды три машины доставили оборудование типографии, которая стала печатать листовки на японском, китайском и монгольском языках. Обратно везли раненых — по 15–20 человек на самолет. Конечно, ТБ-3 не был приспособлен для этой цели, но, благодаря вместительному «нутру», в нём удавалось разместить шесть тяжелораненых на носилках и 14 легко раненых. Оборудованный соответствующим образом самолёт мог взять 12 тяжелораненых и шесть легко раненых военнослужащих с сопровождающим медперсоналом.

Уже в ходе операций на Халхин-голе, в июле 1939 г., Санитарный Институт РККА подготовил специальный проект санитарного ТБ-3 и просил выделить машину для переоборудования. 5 августа УВВС предложило взять пять бомбардировщиков из Ржева и доработать их на заводе № 84 в Химках. Перегруженный заказами завод отказался. По-видимому, санитарные ТБ-3 так и не появились. Машины 4-го ТБАП дооборудовались на месте самостоятельно простейшим способом.

ТБ-3 совершили более 500 транспортных рейсов. Во всех случаях грузы и люди были благополучно доставлены по назначению. На одном самолете при полете в Читу загорелся правый ближний к фюзеляжу мотор. Пожар потушили в воздухе и прибыли к месту назначения. На другой машине в полете потек радиатор. Борттехник, привязавшись фалом к поручню фюзеляжа, прошел по плоскости с бидоном воды в руке и ручным насосом долил систему.

Когда советско-монгольские войска начали подготовку к наступлению, ТБ-3 из Обо-Сомона перешли на роль ночных бомбардировщиков. Первый вылет состоялся в ночь с 19 на 20 августа. На цели выходили поотрядно. Линия фронта обозначалась фонарями, располагавшимися в 3–7 км от переднего края и стоявшими так, что их было видно только при подходе с нашего тыла. Примерно в 8 км от передовой находилась ориентирная 50-метровая стрела из фонарей.

Бомбометание преследовало цель психологического изматывания противника, а иногда — шумовой маскировки перемещений войск на нашей стороне. Поэтому далее перешли к тактике полетов одиночными машинами в разное время. Каждую ночь стартовали от 6 до 20 кораблей. Каждый ТБ-3 брал до 1300 кг бомб мелких калибров, всего за ночь сбрасывали тонн 25.