Серьезным противником СБ стал истребитель Bf 109B, развивавший (по результатам испытаний в НИИ ВВС) скорость до 422 км/ч и способный перехватывать бомбардировщики на высотах до 6600 метров.

Работа экипажей СБ в Испании была очень напряженной, и перечислить все сражения в столь небольшом объеме невозможно. Отмечу лишь, что 26 мая 1937 года группа бомбардировщиков под командой Н.А. Острякова атаковала и бомбила немецкий карманный линкор «Дойчланд», приняв его за франкистский крейсер «Канарис». В ответ Гитлер приказал адмиралу Шееру обстрелять из эсминцев испанский порт Альмерия, что привело к большим жертвам среди мирного населения. К тому времени в Испании осталось около десятка боеспособных СБ.

Пополнение из 21 СБ прибыло в конце июня, а вслед за ними и последняя партия из десяти машин. Это, безусловно, повысило обороноспособность ВВС республиканцев, но ненадолго. Война шла к своему завершению.

После поражения республиканцев 19 уцелевших СБ стали трофеями франкистов и состояли на вооружении испанских ВВС до 1950 года. При этом моторы М-100А заменили французскими «Испано-Сюиза».

В 1937 году А.А. Архангельский, будучи главным конструктором завода № 22 имени Горбунова, приступил к дальнейшей модернизации СБ. Первым делом он установил на самолет 960-сильные двигатели М-103. Летные испытания улучшенного СБбис начались в сентябре. Но при старой компоновке силовой установки с лобовым радиатором прирост скорости на высоте 4000 метров не превысил 7 км/ч. Тем не менее в октябре летчик М.Ю. Алексеев установил на модернизированном СБбис мировой рекорд, подняв 1000-кг груз на высоту 12 246 метров. Но стоило разместить водорадиаторы в тоннелях, как скорость СБ подскочила до 450 км/ч. При этом наивыгоднейшее аэродинамическое качество машины возросло до 12,75. Одновременно под крылом разместили дополнительные бомбодержатели, что позволило довести суммарную бомбовую нагрузку до 1500 кг. Емкость топливных баков самолета составила 1678 литров. Кроме этого, в перегрузочном варианте была предусмотрена подвеска под крылом двух баков объемом 720 литров.

Учитывая, что скоростные характеристики тогда считались одними из главных, машину запустили в серийное производство. Осенью 1937 года СБ с двигателями М-103 прошел государственные испытания. Контрольные же испытания серийных СБ в НИИ ВВС показали, что скорость машины по сравнению с опытным образцом снизилась и не превышала 430 км/ч. Последние серии СБ-2М-103 оборудовались турелью МВ-3 и доработанной люковой установкой. В строевых частях СБ с М-103 получил прозвище «Щука», которые впервые проверили в боевой обстановке на Халхин-Голе. В Монголии они применялись в одном строю с машинами, укомплектованными моторами М-100А, и по этой причине не могли реализовать свои скоростные преимущества, ориентируясь на худший самолет. В итоге полет проходил на высотах 4000–4500 метров со скоростью 280–300 км/ч, и зенитная артиллерия противника легко сбивала наши бомбардировщики.

Прогрев моторов бомбардировщика СБ 50-го сбап во время «зимней войны» с Финляндией

То же самое повторилось и во время войны с Финляндией, когда в одном строю летали машины как с моторами М-100А, так и М-103А. «Щуки» состояли на вооружении, в частности, 50-го скоростного бомбардировочного авиаполка (сбап).

Для переучивания пилотов на СБ в марте 1938 года был выпущен учебный вариант УСБ с открытой кабиной инструктора, расположенной в носовой части фюзеляжа.

Перед войной под руководством И.П. Толстых один из СБ с моторами М-103А превратили в летающую лабораторию, установив на него трехколесное шасси с носовой опорой. Поскольку машина предназначалась для исследований, то конструкция шасси позволяла менять ее базу. Самолет же получил обозначение СБм. Преимущества такого шасси заключается в лучшей путевой устойчивости при движении по земле, отсутствии неуправляемого разворота, возможности взлета и посадки по кривой. При этом улучшался обзор пилота вперед и полностью исключалось капотирование летательного аппарата при интенсивном торможении.