На серийных машинах, выпуск которых осваивали в 1936 году на заводе № 22 в Филях, французские «Испано-Сюиза» заменили их лицензионным вариантом М-100 и еще раз увеличили площадь крыла при прежнем размахе. Похоже, что радость от столь большого успеха переполняла не только умы конструкторов, но и политиков, потребовавших от авиапрома сдать к очередной, 19-й годовщине Великой Октябрьской революции первые серийные машины для участия в параде на Красной площади столицы. Для этого на завод перевели всю пятую бригаду во главе с А.А. Архангельским, создав новое КБ. Но главная тяжесть выполнения этого задания все же легла на плечи заводских технологов, поскольку пришлось переходить с гофрированной обшивки, свойственной ТБ-3, на гладкую, да еще с потайной клепкой.

С заданием заводчане справились, но построенные ими машины больше были демонстрационными, чем боевыми, поскольку их предстояло оснастить оборонительным и наступательным вооружением, а также выполнить ряд доработок. В итоге СБ потерял почти 20 км/ч скорости. Кроме этого, летчики отмечали плохой обзор в стороны из кабины пилота и малые сектора обстрела из стрелковых установок.

В конце 1936 года в серию пошел СБ-2М-100А с винтами изменяемого шага ВИШ-2. Мощность двигателей осталась прежней, изменилась лишь форма мотогондол, ставших овальными вместо круглых на их предшественниках. Тогда же на лобовых радиаторах двигателя появились регулируемые жалюзи. В результате скорость изза возросшего лобового сопротивления упала еще на 4 км/ч, но зато на 1160 метров возрос потолок и на 150 метров сократился разбег.

В 1937 году СБ укомплектовали турелью МВ-3 с круговым обстрелом и новой люковой установкой МВ-2 с выдвигавшимся в поток пулеметом, оснащенным оптическим прицелом ОП-2. В мае-июне доработанный самолет выдержал государственные испытания, в ходе которых на нем достигли скорости 412 км/ч, но выпускался лишь в единичных экземплярах. К массовому использованию турельной установки на СБ вернулись лишь после войны с Финляндией в 1940 году.

Время шло, и СБ довольно быстро сдавал свои позиции. Достаточно сказать, что у СБ 201-й серии по сравнению с 96-й максимальная скорость снизилась на 16–18 км/ч, он медленнее стал набирать высоту, ухудшились взлетно-посадочные характеристики.

Первый опыт боевого применения СБ, как говорилось выше, был получен в ходе Гражданской войны в Испании. 23 октября 1936 года пароход «Старый Большевик» доставил в испанский порт Картахена первые бомбардировщики СБ-2М-100, где республиканцы дали ему прозвище «Катюшка». Вместе с ними в Испанию прибыли летчики-добровольцы и технический персонал. После сборки в Лос-Альказаресе машины отправили на фронт в район Томеллосо, откуда они 28 октября совершили первый боевой вылет. Появление СБ над аэродром Таблада под Севильей СБ стало неожиданностью для франкистов, чья авиация господствовала в воздухе. Особенно удачными стали удары 30 октября и 1 ноября 1936 года по авиабазе в районе Гамонала, где дислоцировались итальянцы. Лишь в последнем налете были уничтожены на земле шесть истребителей CR 32 компании «Фиат». Первый СБ потеряли 2 ноября в районе Талавера. Разведчик был перехвачен парой CR 32. Напомню, что максимальная скорость биплана CR 32, испытанного в Советском Союзе, не превышала 340 км/ч, а его довольно сильное вооружение для 1937 года включало два синхронных пулемета калибра 12,7 мм и два 7,7-мм на нижнем крыле. Так открылась боевая «страница» в истории СБ.

Макет СБ в экспозиции Монинского музея ВВС

До конца 1936 года из 31 самолета, доставленного в Испанию, потеряли шесть машин, из них две были сбиты в воздушных боях. Слабым местом СБ оказалась нижняя полусфера из-за плохого обзора и недостаточных углов обстрела из люковой установки.