С 27 сентября по 6 октября 1933 г. опытный самолет проходил заводские испытания, а с 19 октября – государственные. В НИИ ВВС машина почему-то получила прозвище «Торгсин». Испытания показали, что летные характеристики резко улучшились, несмотря на прирост взлетного веса (на 1460 кг). Вариант с М-34Р приняли к серийной постройке как эталон на первую половину 1934 г., несмотря на то, что двигатели и винтомоторная группа в целом не соответствовали требованиям, предъявлявшимся по надежности. 5 декабря машину вернули на завод №22. На серийных самолетах УВВС требовало поставить входную дверь, открывающуюся внутрь, а не наружу (так удобнее прыгать с парашютом), люковую пулеметную установку (взамен подкрыльных башен), смонтировать новые бомбодержатели. Кроме того, опытный самолет не имел «бороды» под носовой частью.
Диномомашина на левом борту фюзеляжа
Мотор М-34Р
Фактически же самолет-эталон, полностью аналогичный машинам первой серии, появился только в середине мая 1934 г. Задержка была связана с отсутствием ряда агрегатов новой мотоустановки, только осваивавшихся заводами-поставщиками, в частности, водомасляных радиаторов. Затем последовали повторные заводские испытания, основной целью которых являлась отладка винтомоторной группы.
Серийные ТБ-3 с моторами М-34Р (первым являлся самолет №22451) имели целый ряд отличий от опытной машины: костыль заменили хвостовым колесом, заполненным пенорезиной (гусматиком), ликвидировали входную дверь на правом борту (теперь экипаж пользовался входным люком снизу в носовой части), сняли коки винтов, ввели триммер на руле направления, после чего компенсирующий механизм стал уже не нужен, сняли первую верхнюю турель Тур-5. На центроплане появились люки со ступеньками для вылезания на крыло, ведущие из довольно просторного тоннеля, по которому механики могли подобраться к моторам. Раньше оба верхних стрелка размещались на откидных сиденьях. Теперь сиденье осталось одно, оно не складывалось и было меньше по размеру. Существенно модифицировали оборудование самолета: поставили авиагоризонт, фотоаппарат Поттэ 1Б (созданный еще в Первую мировую войну) заменили на более современный АФА-15, установили линию электропневматической почты системы Агафонова между штурманом и радистом. Электрогенераторы сперва сместили к левому борту, а позднее предусмотрели их уборку в фюзеляж. На левом среднем двигателе смонтировали еще один электрогенератор типа ДСФ-500. Теперь ток поступал в сеть не только в полете. Усовершенствовали систему отопления кабин от выхлопных газов двигателей, причем из-за доводки этого устройства дважды меняли форму выхлопных коллекторов.
Существенно изменилось бомбовое вооружение. Вместо старых балок Дер-13, Дер-15 и Дер-16 установили на тех же местах новые Дер-23, Дер-25 и Дер-26 (их приняли на вооружение в марте 1934 г.). Подкрыльные Дер-23 по конструкции моло отличались от Дер-1 3, а вот подфюзеляжные Дер-25 и Дер-26 по сравнению с предшественницами сильно укоротили, что дало возможность использовать кассеты Дер-9 без снятия бомбодержателей наружной подвески. Комплектация Дер-9 тоже изменилась. Если раньше на самолете стояли четыре одинаковых Дер-9, каждая с семью замками (всего можно было подвесить 28 бомб), то теперь монтировали две кассеты с семью и две – с шестью замками (бомб всего получалось 26). А главное, все бомбодержатели электрифицировали. Бомбы теперь удерживались замками электропиротехнического типа, срабатывавшими по сигналу от электробомбосбрасывателя ЭСБР-2. Старый механический Сбр-9 оставили как запасной.
ТБ-3 с моторами М-34Р в документах иногда именовали ТБ-3Р. Машины этой модификации выпускались заводом №22 в 1934-35 годах. Выпуск самолетов сдерживался нехваткой турелей, радиаторов, бомбосбрасывателей; субподрядчики поставляли некондиционные тормозные колеса. Тем не менее из 150 заказанных на 20 декабря 1934 г. завод закончил сборку 131 ТБ-3Р, из них 109 уже облетали. Но сдали значительно меньше – 55, поскольку военная приемка не пропускала недоукомплектованные самолеты. Доходило до того, что с уже облетанного бомбардировщика снимали винты, чтобы поставить на вышедшую из цеха машину. С ноября 1934 г. по март 1935 г. на заводе №22 забраковали около 400 полученных водяных радиаторов.
В итоге положение привлекло внимание НКВД. 27 декабря 1934 г. уполномоченный госбезопасности докладывал: «…находятся законсервированными около 120 самолетов ТБ-3 М-34Р, из коих I 18 стоят на заводском аэродроме».
В январе 1935 г. на ТБ-3Р начали перевооружать две эскадрильи 2-й тбаб на аэродроме Едрово в Ленинградском военном округе. К 1 февраля там находился 31 бомбардировщик этого типа. Но освоение новой техники большого удовольствия не доставило. У самолетов сразу же начали отваливаться хвостовые колеса – проявилась слабость вилки. Так называемый паук крепления отрывался от обшивки и 15-го шпангоута. Подобные случаи происходили и в других воинских частях, получивших новые машины. В Подмосковье произошли четыре поломки подряд: одна – 25 февраля, другая – 1 марта (при этом разрушились и кронштейны крепления киля у колонки), а 4 марта – сразу на двух бомбардировщиках авиабригсды Военно-воздушной академии. В последней началась повальная проверка хвостового оперения новых ТБ-3, и обнаружились деформации обшивки, выпучивание задней стенки киля.