Значительного улучшения летных данных смогли добиться лишь после установки редукторных двигателей М-34Р, но не сразу. На опытном самолете в 1933 году удалось достигнуть лишь скорости 229 км/ч, почти в полтора раза увеличить скороподъемность и немного потолок. И только после улучшения аэродинамики самолета на испытаниях в июле 1934 года получили характеристики, удовлетворявшие конструкторов и заказчика – ВВС.

На серийных машинах окончательно сняли крыльевые пулеметные установки (например, как рассказывал отец, в 1-м тяжелобомбардировочном полку бывшей Ростовской авиабригады они отсутствовали уже на самолетах с моторами М-17), а взамен ввели кормовую стрелковую установку. Кроме этого, возросли площади хвостового оперения, руль поворота с измененной геометрией подняли вверх и снабдили флетнером, усилили килевую колонку и установили зализы крыла, оперения и мотогондол. Появилось хвостовое колесо, задние колеса на тележках основных опор заменили тормозными, а резиновые амортизаторы – масляно-воздушными. В результате при неизменной мощности двигателей максимальная скорость возросла до 242,5 км/ч, а практический потолок – до 5100 м. Ведущим летчиком-испытателем в НИИ ВВС был Г.Ф. Байдуков.

Летом 1934 года на Дальнем Востоке прошли учения ВВС с широким привлечением ТБ-3. Эффект от их применения превзошел все ожидания. В июльском постановлении Комитета Обороны СССР, в частности, отмечалось:

«Учитывая большую боевую ценность кораблей ТБ-3 с мотором М-34 с редуктором, и особенно редуктором и нагнетателем, обязать НКТП (в состав этого наркомата в те годы входила авиационная промышленность. – Прим. авт.) всемерно форсировать выпуск этих самолетов… Обязать УВВС РККА немедленно по получении от промышленности установить на эти самолеты <…> пулеметы ШКАС, в первую очередь в авиачастях на Дальнем Востоке».

Забегая вперед, отмечу, что впоследствии на ТБ-3 все спарки пулеметов ДА заменили одиночными ШКАСами, отличавшимися большой скорострельностью (1800 против 780 выстрелов в минуту). Такая защита воздушных кораблей, призванных решать стратегические задачи, все же считалась недостаточной в середине 1930-х, но крупнокалиберного оружия для самолетов в стране не существовало.

Уже в годы войны часть ТБ-3 укомплектовали экранированными турелями с крупнокалиберными пулеметами УБТ.

Зимой 1934–35 года в ЦАГИ на летающей лаборатории ТБ-3 исследовали шаровую установку с магазинной пушкой «Эрликон» калибра 20 мм. Но последовавшие испытания в НИИ ВВС показали непригодность ее для самолета, в том числе из-за недостаточного боекомплекта.

Два года спустя не выдержала государственные испытания турель под пушку ШВАК, но работа в этом направлении продолжалась, и в годы войны часть бомбардировщиков с моторами М-34Р укомплектовали экранированными установками.

Наиболее высокие летные характеристики были получены после установки двигателей с наддувом М-34РН. Кроме них, на самолете появилась кормовая стрелковая установка. В связи с этим уменьшили площадь вертикального (с 18,5 м^>2 у самолета с двигателями М-17 до 10,41 м^>2) и увеличили площадь горизонтального оперения (с 27,8 м^>2 у самолета с двигателями М-17 до 30,6 м^>2). Изменили форму руля поворота, который для снижения усилий на педалях снабдили флетнером.

Если на ТБ-3–4М17 стояли двухлопастные воздушные винты диаметром 3,5 м, то на машине с М-34РН на внутренних двигателях использовали четырехлопастные винты диаметром 4,4 м, а на крайних, где крыло было тоньше, – четырехметровые двухлопастные. Естественно, изменились и топливная, и масляная системы двигателей. Положительным было и то, что емкость системы охлаждения моторов сократилась до 130 литров на двигатель. Суммарный же выигрыш только на охлаждающей жидкости составил 120 кг по сравнению с машинами, оснащавшимися моторами М-34, но на 130 литров больше, чем у ТБ-3–4М17.