Осенью 1935 года облетали первый серийный ДБ-1, но военная комиссия отказалась его принять как явно непригодный к эксплуатации в ВВС ввиду того, что самолет не обладал необходимой для самолетов такого класса бомбовой нагрузкой и скоростью полета, против современных истребителей фактически был беззащитным. Та же участь ожидала и семь следующих самолетов. Таким образом, только 10 машин передали в строевую часть, дислоцировавшуюся под Воронежем. В период с 1936 по 1937 год средний годовой налет самолетов составил всего лишь 25–30 часов, хотя некоторые из них налетали до 60 часов.

Одновременно туполевское КБ работало над другими проектом дальнего бомбардировщика. В план опытного строительства на 1934–1935 годы в разделе второстепенных работ вошел «дальний бомбардировщик ДБ-2РЦ». Предполагалось, что это будет модификация рекордного ДН-1 под два более мощных американских мотора Райт «Циклон», осваивавшихся заводом в Перми под обозначением М-25. Военные считали эту тему не очень актуальной. Однако Туполев обладал на тот момент немалым влиянием и мог надеяться «протолкнуть» самолет в производство, несмотря на позицию некоторых руководителей ВВС.

ДБ-2 (АНТ-37), спроектированный бригадой П.О. Сухого, вышел на испытания в июне 1935 года, но с более экономичными французскими моторами «Гном-Рон». При этом машина по-прежнему была разработана в рамках концепции «сверхдальнего бомбардировщика» и в серию не пошла.

Более удачным оказался бомбардировщик ЦКБ-26, созданный под руководством С.В. Ильюшина. Развитием проекта стал цельнометаллический ЦКБ-30 – знаменитый ДБ-3.

Причем авиация настолько нуждалась в новой машине, что испытания еще не закончились, а самолет 5 августа 1936 года уже приняли на вооружение.

В апреле следующего года началось перевооружение наиболее подготовленных частей с ТБ-3. Наращивая мощности, к серийному выпуску ДБ-3 подключили завод № 18 в Воронеже, а затем завод № 126 в Комсомольске. Машины, изготовленные в Москве, поступили в эскадрильи 11-й и 23-й авиабригад. Эскадрильям обычно выдавали сначала по четыре-шесть самолетов для освоения новой техники, а затем доукомплектовывали. «Воронежские» ДБ-3 перегонялись в части 64-й бригады, дислоцированной там же.

Хотя на 1937 год авиапромышленности давался план в 125 ДБ-3, на 1 октября реально сдали ВВС только двадцать. К концу года эта цифра увеличилась до сорока пяти. Но это тоже было очень мало.

К 1938 году ВВС РККА имели обширный и разнородный парк самолетов, что потребовало структурной перестройки. В ВВС начался переход на новую организацию: теперь основной структурной единицей был полк, который делился на эскадрильи по 12 самолетов в каждой. Дальнебомбардировочный полк (дбап) имел пять эскадрилий и по штату комплектовался 62 ДБ-3.

Но основным самолетом дальней авиации продолжал оставаться ТБ-3. На 1 января 1938 г. в строю ВВС РККА имелось 626 исправных ТБ-3 разных модификаций:

Хотя первые ДБ-3 поступали в эскадрильи армий особого назначения, в 1938 году приоритет отдали ВВС ОКДВА. Если учесть регулярные пограничные трения с Японией, усиление авиации на восточных рубежах являлось немаловажным фактором безопасности страны.

На 1 апреля 1939 года на ТБ-3 летали одиннадцать полков и четыре отдельные эскадрильи. Но два из них уже начали переход на СБ, а четыре – на ДБ-3. К маю 1939 года в АОН-1 ТБ-3 составляли только около 15 % парка тяжелых и дальних бомбардировщиков, в АОН-2 – еще меньше, около 10 %.

Всего за 1939 год заводы сдали 897 ДБ-3. На 1 декабря в ВВС имелось 1019 машин разных модификаций. Они входили во все три армии особого назначения, где почти вытеснили ТБ-3. Мощная авиагруппировка из 331 бомбардировщика находилась на Дальнем Востоке, началось формирование трех эскадрилий в смешанных авиаполках Ленинградского военного округа.