Огромный самолет с трудом осваивался в производстве. Существовавший технологический уровень явно не соответствовал сложности ТБ-3. Отмечалась плохая подгонка частей самолета, небрежная обработка стыков, невзаимозаменяемость узлов на машинах даже одной серии, волнистость поверхности крыла. Особенно много претензий предъявлялось к сборке и нивелировке бомбардировщика. ТБ-3 из-за требования возможности перевозки по железной дороге членился на очень большое количество узлов, даже крыло разделялось не только поперек, но и вдоль. Так вот, все это собиралось с большим трудом. Например, секции полукрыла оказывались лежащими не в одной плоскости. Щели в соединениях зияли такие, что на зиму их заклеивали полотном, чтобы не набивался снег. О том, что происходило внутри самолета, и говорить не приходится. В самой первой Временной полотно-эксплуатационной инструкции» по ТБ-З, выпущенной УВВС в 1932 г., перечень наиболее распространенных производственных дефектов занимает шесть страниц, набранных убористым шрифтом.

Тем не менее, из цехов выходили все новые машины. За 1-й квартал 1932 г. через военную приемку прошли 46 ТБ-З, примерно две трети плана. На этих самолетах не хватало прицелов, радиостанций, бомбодержателей, пулеметов. Самолеты сдавали «условно», под гарантийные письма завода дослать все недостающее при получении прямо в воинские части. Ну а самые неукомплектованное бомбардировщики оседали на заводском аэродроме. Поэтому реально в ВВС поступило значительно меньше машин, чем было собрано.

Выпуск ТБ-3 начали осваивать еще на одном предприятии – заводе № 39 в Москве. 7 декабря 1932 г. поднялась в воздух первая машина, сделанная там. За год это предприятие выпустило пять ТБ-З, а в Филях изготовили 155 самолетов. Это составляло примерно половину планового задания. Существовали еще планы строительства нового завода на Дальнем Востоке, в районе Болонь-Оджен, который должен был выпускать до 200 ТБ-3 в год. Впоследствии для этого предприятия выбрали другую площадку – в нынешнем Комсомольске-на-Амуре, но ТБ-3 там не строили.

Учитывая первый опыт эксплуатации в частях, в серийные машины постепенно внесли ряд изменений. Все самолеты с конца 1932 г. имели гладкий, а не гофрированный носок крыла. Позднее на передней части фюзеляжа появились поручни, облегчающие покидание пилотской кабины с парашютом, стали перекрывать металлическими лентами щели между фюзеляжем и криком. Со второй половины 1932 г. УВВС требовало ввести новые поворачивающиеся подкрыльные башни, но они так и не появились. Все ТБ-3 ранних серий оснащались «штанами» – примитивными выпускными подкрыльными башнями Б-2. Свое прозвище они получили из-за того, что для ног стрелка были сделаны выступы, действительно напоминавшие металлические штаны.

Чтобы попасть в башню, стрелок должен был проползти по проходу внутри крыла, волоча за собой парашют. Затем вместе с парашютом ему предстояло усесться на сиденье башни и выдвинуться вниз. Сидеть было неудобно, холодно и изрядно поддувало. Пулемет ДА стоял на шкворне и не имел ограничителей: при стрельбе можно было угодить по своему самолету или, еще хуже, по бомбам на наружных держателях. Эти башни признали временными до создания новых вращающихся. Но нет ничего более постоянного, чем временное. «Штаны» сохранились на серийных ТБ-3 надолго.

Основным направлением совершенствования бомбардировщика тогда являлось увеличение дальности его полета. В первую очередь это было необходимо для условий Забайкалья и Дальнего Востока, где потенциальные цели далеко отстояли от советской границы. По просьбе командования ВВС Отдельной Краснознаменной Дальневосточной армии (ОКДВА) в ЦАГИ начали проектировать вариант ТБ-3 с форсированными моторами М-17Ф (еще не существовавшими), уменьшенным экипажем, более слабым вооружением, но с той же максимальной бомбовой нагрузкой. По расчетам, с 1000 кг бомб он должен был иметь радиус действия 1200 км против 955 км у серийных самолетов. Отдельные элементы этого проекта попробовали внедрить на экспериментальных машинах, но в целом опытный образец «дальневосточного» бомбардировщика не строился.

Непосредственно в частях впоследствии практиковали облегчение бомбардировщиков за счет снятия подкрыльных башен, балок Дер-15 и Дер-16, а иногда и внутренних бомбовых кассет Дер-9. Это экономило до 400 кг.

Но увеличение дальности за счет ослабления бомбового вооружения сокращало боевые возможности самолета.

Поэтому стали искать другие пути. В НИИ ВВС пытались «выжать» все возможное из обычного серийного бомбардировщика. Еще в 1932 г. там попробовали поднять дальность полета с полной бомбовой нагрузкой за счет увеличения разрешенного взлетного веса. Его сначала довели до 19 300 кг, а затем до 19 500 кг. Перегруженный самолет пилотировал К.П. Миндер, доказавший возможность эксплуатации машины и при столь большом весе. Правда, взлет получался затянутым, разбег занимал 680 м – для аэродромов того времени это было довольно много. После этого лимиты по взлетному весу для строевых частей пересмотрели. Для ранних серий его официально установили равным 19,5 т, для более поздних – 20 т. У «Муромца» этот показатель составлял не более 8 т.

В 1933 г. нашли и другие способы увеличения радиуса действия ТБ-3. Во-первых, начали летать на обедненных смесях (много воздуха – мало топлива). При правильной регулировке карбюраторов это давало прибавку к дальности примерно в 15%. Во-вторых, попробовали перейти со штатной бензин-бензольной смеси на этилированный бензин. Бензин-бензольную смесь применяли потому, что М-17 с его высокой степенью сжатия на чистом отечественном низкосортном бензине страдал от детонации. Бензол повышал октановое число, показывающее устойчивость против детонации, но снижал тепловую эффективность топлива. В этилированном бензине антидетонационная присадкатетраэтилсвинец, – содержится в очень небольшом количестве. Поэтому такого бензина для нормальной работы двигателя нужно меньше. При том же запасе горючего дальность увеличивалась примерно на 20%.

В июне 1933 г. два самолета, М.М. Громова и А.Б. Юмашева, за счет применения обедненной смеси и этилированного бензина показали дальность 3150 км. Все члены экипажей получили благодарность Реввоенсовета и по месячному окладу. Два месяца спустя Юмашев поднял в воздух модифицированный облегченный ТБ-3. На нем полностью убрали наружную подвеску бомб. Вместо этого в просторном фюзеляже установили дополнительные кассеты Дер-9. Всеro самолет теперь мог нести внутри 36 бомб по 100 кг. За счет демонтажа бомбодержателей под фюзеляжем и крылом, кое-какого оборудования и облегчения самой конструкции выиграли 518 кг. Еще более 100 кг получили за счет уменьшения запаса масла в полтора раза (это внедрили и в серии). Но суммарный вес с бомбами дошел до 20 т. Добавочный бензин и улучшение аэродинамики позволили еще увеличить дальность. 8 августа 1933 г. экипаж Юмашева совершил беспосадочный перелет Щелково – ЕвпаторияЩелково, сбросив 2500 кг бомб на полигоне в Крыму.

На бомбардировщиках выпуска 1933 г. добились достаточно высокой надежности как планера, так и мотоустановки. При этом от серии к серии вес пустого самолета неуклонно снижался. Если для первых машин он был около 12 000 кг, то к машине № 22301 дошли до уровня 11 350 кг. В годовом отчете НИИ ВВС удовлетворенно записано: «Самолет ТБЗ-4М17 был доведен по своим данным полностью удовлетворяющим поставленной задаче». Немного коряво, но вполне справедливо. В результате совместных усилий коллектива конструкторов, серийных заводов и ВВС страна получила грозное современное оружие, с наличием которого не могли не считаться потенциальные противники.

За 1933 г. завод № 22 выпустил 270 ТБ-З, еще 37 добавил завод № 39. Согласно постановлению Реввоенсовета, с 1 января 1934 г. приемку самолетов с моторами М-17 следовало прекратить – предполагался переход на новые двигатели М-34. На самом деле их еще некоторое время продолжали строить из-за нехватки новых двигателей. При этом часть машин выпуска 1934 г. получила усовершенствованные М-17Ф (500/715 л.с.).