4 марта у этого бомбардировщика почти сразу после взлета в Москве на высоте 50 м отказали одновременно оба двигателя. Самолет рухнул на крышу двухэтажного дома в селе Всехсвятском. На счастье, члены экипажа во главе с капитаном Федоровым были только легко ранены, а в доме в этот момент никого не оказалось.
Остальные четыре ДБ-3 начали осваиваться летчиками 45-й АЭ, прошедшими краткий курс переподготовки в НИИ ВВС. Но пробыли они там сравнительно недолго: 45-ю эскадрилью решили превратить в скоростную и начали поставлять туда СБ.
Бомбардировщики Ильюшина передали в состав 90-й эскадрильи, стоявшей там же – в Монинском гарнизоне. Это была хорошо подготовленная часть с опытным летным составом. Эксплуатировали в ней ТБ-3 последней модификации с моторами АМ-34РН. Пилоты имели на них по 200 – 400 часов налета, в том числе ночью и по приборам. Для освоения ДБ-3 выделили лучших летчиков.
Программа войсковых испытаний включала воздушную стрельбу, бомбометание практическими и боевыми бомбами, дальние маршрутные полеты. Из числа выявленных в тот период недостатков, пожалуй, стоит выделить три: низкую надежность моторов, сильную тенденцию к развороту на взлете и слабость шасси. К октябрю 1937 г. зафиксировали пять случаев отказа моторов в полете. Так, 23 июля лейтенант Баринов отправился на учебное бомбометание. Он должен был сбросить на полигон Селище под Рязанью десять ФАБ-100, набитых песком. Предполагалось проверить эффективность сброса бомб с высоты 8000 м – почти от самого потолка ДБ-3. До цели лейтенант не долетел. Под Коломной застучал правый мотор. Сбросив бомбы в поле, командир дотянул до Быково и сел там на гражданский аэродром.
Вряд ли стоит объяснять, что когда «объединяются» сразу два, а то и три этих дефекта – жди беды. 21 июля командир отряда Кабук делал попытку взлететь с бомбой ФАБ-2000. Такие «фугаски» входили в арсенал четырехмоторных бомбардировщиков ТБ-ЗРН. Кто дал ему такое задание, осталось неизвестным. Во всяком случае, взлетный вес намного превышал разрешенный строевым частям. На разбеге самолет развернуло, шасси сломалось и машина легла на подвешенную под ней бомбу, которая к счастью не взорвалась. Что могла сотворить с монинской взлетной полосой «двухтонка», остается только гадать.
Тем временем, 9 сентября старший лейтенант Ульянов заходя на посадку, дал «козла», и после нескольких впечатляющих прыжков окончательно добил тот самый бомбардировщик, что садился в Быково. Машина ремонту уже не подлежала, что и было зафиксировано в официальных документах.
Общий итог составил две катастрофы и пять аварий, а из всей пятерки к 1 октября остался всего один исправный ДБ-3. Эскадрилье добавили еще пять машин из 2-й серии. 3 октября первую из них расколотили при посадке в Монино. На этот раз летчик был не виноват. По словам очевидцев, «в течение всего пробега медленно сгибался подкос левой стойки шасси, пока она не сломалась». Такой же случай произошел и с заводским испытателем примерно в это же время. 10 октября пришлось списать еще один ДБ-3 – летчик опять не справился с разворотом при взлете.
Так что осваивались первые ДБ-3 «с большим скрипом» и «ломкой дров». Оставшиеся три ДБ-3 разделили. Два остались в НИИ ВВС, а один отправили в Воронеж, на завод №18, которому также было поручено освоить производство новых самолетов. В НИИ они летали вместе с опытным ЦКБ-30. Например, в июле-августе 1937 г. эти три машины участвовали в испытаниях на дальность. Военных интересовала реальная дальность полета ДБ-3 с различной бомбовой нагрузкой. Экипажи НИИ ВВС выполнили ряд беспосадочных перелетов, в том числе Чкаловская – Поти – Быково, Чкаловская – Ейск – Чкаловская. Почти одновременно с этим Коккинаки на ЦКБ-26 установил рекорд скорости полета на трассе Москва – Севастополь – Свердловск – Москва. А в сентябре Коккинаки совершил перелет Москва – Баку – Москва с бомбометанием в Каспийском море. Таким образом, боевой радиус действия ДБ-3 был практически подтвержден.
Один из двух серийных самолетов, №3039008, использовали в попытке поставить рекорд скорости на кольцевом маршруте с нагрузкой 2000 кг. Полетный вес был запредельным – 11.350 кг. Трассу полета определили как Москва – Севастополь – Свердловск – Москва. Экипаж состоял из пилота Нюхтикова и штурмана Бряндинского. Вылетали в темноте. Поскольку самолет не имел фар, освещение организовали подручными средствами. Вдоль полосы выставили две цепочки ламп «Летучая мышь», в начале – прожектор, а на разбеге дорогу подсвечивали две легковые «эмки», бежавшие под крыльями, пока не отстали (метров через пятьсот).
В 1937 г. производство новых бомбардировщиков только разворачивалось. Окончательный эталон для серии еще не установился. Конструкторы должны были устранить дефекты, выявляемые в ходе испытаний. ДБ-3 был технологически сложен, цикл сборки одной машины первоначально занимал до месяца.
Эталон для серии выпустили на госиспытания только в июле 1937 г. Это был самолет №3039002 – из самой первой серии завода № 39, доработанный. Он отличался от своих собратьев вторым управлением в кабине штурмана, новыми капотами моторов (с юбками вместо створок), круглым маслорадиатором в крыле вместо старого кольцевого под капотом, измененным расположением оборудования и новым химическим вооружением – четыре ВАП-4 заменили на три ВАП-500. В НИИ ВВС определили, что при весе, примерно на 200 кг большем, чем у ЦКБ-30, эталонная серийная машина уступает опытной в скорости 10-25 км/ч на разных высотах, более 500 м в практическом потолке и довольно прилично в скороподъемности. В то же время улучшилась устойчивость, стало легче управление, исчезли проблемы с перегревом моторов. Но эту машину в качестве эталона не приняли – не было соблюдено одно из основных требований УВВС – о повышении живучести бомбардировщика, в частности, о протектировании бензобаков. Тем не менее, заводы продолжали сборку ДБ-3. Именно заводы, поскольку к производству подключили еще завод №18 в Воронеже.