Подготовку к серийному выпуску самолета начали задолго до того, как поднялся в воздух опытный АНТ-6 – настолько были очевидны перспективы машины. Сперва опасались, что отечественные предприятия не осилят столь крупную и сложную машину и предлагали передать заказ немецкой фирме «Рорбах», но, к счастью, оптимисты победили. С июля 1930 г. за работу взялся московский завод №22 в Филях – предприятие, имевшее наибольший в стране опыт постройки цельнометаллических самолетов и выпускавшее в то время ТВ-1. В плане закупок новой техники для ВВС, утвержденном в феврале 1930 г., значилось, что в 1930/31 финансовом году от промышленности должны получить первые восемь ТБ-3. Позже цифру корректировали – до конца 1931 г. рассчитывали принять пять бомбардировщиков, потом только три.
Но и этого сделать не удалось – задерживали нехватка металла, комплектующих, неопределенность с составом и размещением оборудования и вооружения. Головной самолет завода №22 (№2201), управляемый экипажем П.И. Лозовского, совершил первый полет 27 февраля 1932 г. в присутствии наркома тяжелой промышленности Орджоникидзе, которому тогда подчинялось и самолетостроение. К 28 апреля в Филях собрали первую партию из десяти машин с таким расчетом, чтобы они приняли участие в первомайском параде в Москве.
К этому времени заводской аэродром, располагавшийся на заливном лугу у Москвы-реки, подтопило. От него осталась полоса длиной около 100 м и шириной 15-20 м- очень мало для четырехмоторных гигантов. Самолеты предельно облегчили, на борту остались по два человека – пилот и механик. Поодиночке бомбардировщики поднимались в воздух. После взлета каждого в мягком грунте оставались глубокие колеи, которые рабочие тут же засыпали песком. Так все десять ТБ-3 перегнали на Центральный аэродром.
Машины были очень «сырыми», и лишь благодаря отчаянным усилиям работников завода и НИИ ВВС их удалось вывести на парад. Экипажи состояли вперемежку из заводского персонала и военных из НИИ. В фюзеляже каждого бомбардировщика сидели техники с бидонами воды, готовые долить текущие радиаторы. Однако цель была достигнута. Парадная девятка, которой командовал А.Б. Юмашев, произвела неизгладимое впечатление на иностранных военных атташе. Впрочем, еще перед парадом ТБ-3 продемонстрировали итальянской делегации, перед которой экипажи испытателей показали такие трюки, как виражи с креном до 60-70 градусов и посадку с разворотом на двух моторах.
Огромный самолет с трудом осваивался в производстве. Существовавший технологический уровень явно не соответствовал сложности ТБ-3. Так, кронштейны крепления частей крыла делались «по месту», а стыковочные болты были нестандартны по длине и диаметру. Отмечалась плохая подгонка частей самолета, небрежная обработка стыков, невзаимозаменяемость узлов на машинах даже одной серии, волнистость поверхности крыла. Особенно много претензий предьявлялось к сборке и нивелировке бомбардировщика. ТБ-3 из-за требования возможности перевозки по железной дороге членился на очень большое количество узлов, даже крыло разделялось не только поперек, но и вдоль. Так вот, все это собиралось с большим трудом. Например, секции полукрыла оказывались лежащими не в одной плоскости. Щели в соединениях зияли такие, что на зиму их заклеивали полотном, чтобы не набивался снег. О том, что происходило внутри самолета, и говорить не приходится. В самой первой «Временной полетно-эсплуатационной инструкции» по ТБ-3, выпущенной УВВС в 1932 г., перечень наиболее распространенных производственных дефектов занимает шесть страниц, набранных убористым шрифтом.
Тем не менее из цехов выходили все новые машины. За 1-й квартал 1932 г. через военную приемку прошли 46 ТБ-3, примерно две трети плана. На этих самолетах не хватало прицелов, радиостанций, бомбодержателей, пулеметов. Производство радиостанций 13-СК началось только в 1932 г., и выпустили их всего десять штук, 1 1 -СК не сделали ни одной. Бомбовые прицелы «Герц» (ОПБ-1) у нас осваивали с 1931 г., но за два года произвели 1 27 прицелов, а их ставили не только на ТБ-3. Более сложный «Герц-Бойков» (ОПБ-2) в СССР стали делать только с 1933 г. и сделали в том году три экземпляра. Импорт прицелов ограничивался недостатком валюты. Спаренные установки ДА-2 поставили в производство в конце 1931 г. и делали их немного.
Модель самолета ТБ-3 с обтекателями на тележках шасси сохранилась до наших дней в Музее Н.Е.Жуковского
Самолеты сдавали «условно» под гарантийные письма завода дослать все недостающее при получении прямо в воинские части. Ну а самые неукомплектованные бомбардировщики оседали на заводском аэродроме. Поэтому реально в ВВС поступило значительно меньше машин, чем было собрано.
Выпуск ТБ-3 начали осваивать еще на одном предприятии – заводе №39 в Москве. 7 декабря 1932 г. поднялась в воздух первая машина, сделанная там, №3901. Ее пилотировал экипаж Ю.И.Пионтковского. За год это предприятие выпустило пять ТБ-3, а в Филях изготовили 155 самолетов. Это составляло примерно половину планового задания.