Первоначально хотели оснастить ТБ-3РН радиостанциями 11СК-2, рассчитанными на питание от электрогенератора на моторе, но затем решили первые серии выпустить со старыми 1 1СК-2, динамо которых вращала ветрянка.
На 1936 г. ВВС заказали 185 ТБ-3РН. Фактически подготовка к их выпуску велась уже с середины 1935 г. и завод лишь ждал окончательного утверждения эталона. На 1 сентября 60 машин уже состыковали и но 20 из них установили моторы. Но на бомбардировщиках не хватало винтов, колес, бомбодержателей. Самолет считался особо важным для ВВС наряду с СБ, поэтому на стол к Алкснису ежедневно ложились сводки о состоянии производства и приемке готовых машин. На 1 февраля 1936 г. на заводской аэродром вывели уже 82 ТБ-3РН, на которых производили различные доделки. 27 февраля три первых машины облетали, а уже 3 марта они отправились в Монино на войсковые испытания. В тот же день при облете еще одного бомбардировщика, №22686, имело место чрезвычайное происшествие. Самолет загорелся в воздухе – развалился всасывающий патрубок мотора После этого завод №24 прислал бригаду, которая заменила на всех ТБ-3РН литые патрубки на стальные сварные.
На 3 апреля на войсковых испытаниях в Монино уже находились 14 ТБ-3РН. В ходе испытаний определялся реальный расход горючего и масла, проводились учебные бомбометания различными боеприпасами. На самолетах этой модификации впервые успешно отбомбились с высоты 8000 м. 1 1 июня один самолет за 13,5 часов прошел по замкнутому маршруту 2870 км, по дороге сбросив на полигоне тонну бомб. Тем самым доказали практическую дальность машины и ее радиус действия, равный 1 100-1200 км. Пятью днями позже ТБ-3РН взлетел в Щелково и сел в Евпатории, перед этим сбросив бомбы в море. На маршруте также проводили стрельбы, опробовав все пулеметы.
ТБ-3РН усердно показывали иностранным гостям. В августе 1936 г. его продемонстрировали английской и французской авиационным делегациям, а немного позже – военному министру Афганистана. Показывая машину, приврали – сообщили, что дальность полета с двумя тоннами бомб якобы равна 3500 км. Поверили этому или нет, неизвестно. Но вот установке на самолет винтов фиксированного шага англичане удивились – они считали это давно устаревшим.
ТБ-3РН в полете
ТБ-3РН на пражском аэродроме Кбели, 15 июня 1936 г.
К 7 июня 1936 г. 18 самолетов отправились в различные строевые части. Приоритет в получении новых бомбардировщиков получили 23-я тбаб в Монино, где велись войсковые испытания, и части ВВС ОКДВА. На Дальний Восток самолеты опять гнали по воздуху. Осуществляла это мероприятие сводная эскадрилья 26-й тбаб, прошедшая переподготовку в Москве. Самолеты, отправлявшиеся на Дальний Восток, комплектовали пеленгаторами АПР-1 илиАПР-3.
На одном из последних этапов маршрута, Домно – Хабаровск, произошло несчастье. Все началось с того, что командирский корабль увяз на взлете. Остальные бомбардировщики полчаса ходили кругами, ожидая, когда он поднимется в воздух. Не дождавшись, заместитель командира повел группу вперед. Командир взлетел только через полтора часа и отправился догонять своих. Тем временем пятнадцать ТБ-3РН шли над облаками на высоте 5600 м. Устав, экипажи спустились в облака. Вот тут все и началось. Как потом выяснилось, даже почти все командиры кораблей не умели по-настоящему летать вслепую. Группа разбрелась. Четыре самолета благополучно сели в Бочкарево, семь – в Хабаровске, причем один из последних – без двух членов экипажа. Молодой штурман на пятом часу полета в «молоке» психанул и прыгнул с парашютом за борт. За ним последовал техник, решивший, что самолет терпит аварию. Этих двоих потом долго искали в тайге.
Из пяти оставшихся самолетов три отыскались на следующий день. Два совершили вынужденные посадки, подломались, но люди были живы. Третий оказался разбитым, экипаж погиб. То же произошло еще с двумя ТБ-3РН, обнаруженными позднее.
Тем не менее перегонку возобновили, и год спустя на Дальнем Востоке насчитывалось 45 ТБ-3РН. Ими были частично укомплектованы 26-я и 28-я тбаб. Самолеты этого типа поступили и в Ленинградский военный округ. На 1 января 1937 г. ВВС РККА имели 67 ТБ-3РН, около двух третей их них находились в строевых частях.
В эксплуатации у ТБ-3РН выявился ряд недостатков. По-прежнему моторы М-34РН страдали от конденсации топлива на холоде. Моторамы оказались недостаточно прочны, и их стали заменять усиленными. Расход масла у М-34РН был выше, чем у М-34Р, а объем маслобаков – прежний; в длительных полетах масла не хватало. Из-за того, что все четыре мотора имели одно и то же направление вращения, самолет при взлете разворачивало вправо – трудно было выдержать направление разбега. На ТБ-3РН ставили хвостовые колеса-пневматики; при большом весе они часто лопались на неровных полевых аэродромах.
Подобно «парадной десятке», с моторами М-34РН тоже выпустили три «представительских» машины для заграничных перелетов. На них советская авиационная делегация во главе с Алкснисом летала в Прагу в 1936 г.
Этот год стал последним, когда ТБ-3 строились в больших количествах. Конструкторы продолжали работать. Еще в 1935 г. на самолете опробовали еще более мощные моторы М-34ФРН. Этот двигатель также долго доводился и пошел в производство лишь в конце 1936 г. Государственные испытания ему удалось пройти только в 1937 г. Выпускались две модификации – М-34ФРНА (с четырьмя карбюраторами) и М-34ФРНБ (с шестью). Обе имели мощность 1000/1050 л.с.