Несмотря на это, бомбардировщики начали покидать сборочный цех московского завода. В 1937 году изготовили 33 бомбардировщика, поступивших в 11-ю и 23-ю авиабригады.

К концу 1937 года стало ясно, что планы оснащения ВВС Красной Армии бомбардировщиками ДБ-3 провалены. Самолеты перегоняли в строевые части с большим количеством дефектов, а его летные данные не соответствовали требованиям заказчика. Так появилось предложение о доработке машины в несколько этапов.

Для начала предполагалось оснащение машины более мощными моторами М-86, ставшими дальнейшим развитием М-85. Увеличение взлетной мощности до 960 л.с. достигли за счет его форсирования по наддуву и увеличения степени сжатия. Но вместо обещанных винтов изменяемого шага ВИШ-3 пришлось довольствоваться трехлопастными металлическими пропеллерами фиксированного шага диаметром 3,4 м, аналогичных тем, что стояли на ЦКБ-30. Регулирование температурного режима двигателей осуществлялось с помощью жалюзей на капотах.

Кроме этого, доработали отдельные системы самолета, упростили механизмы уборки и выпуска шасси. Так появился вариант ДБ-ЗА «Аннушка», выпущенный весной 1938 года.

Летом того же года ДБ-ЗА передали в НИИ ВВС (ведущий летчик – А.М. Хрипков). Как показали испытания, самолет немного потяжелел, но зато немного прибавил в скорости и скороподъемности, превзойдя опытный ЦКБ-30. В то же время характеристики устойчивости и управляемости оставались прежними. Не изменилась и живучесть самолета, поскольку его топливные баки оставались без протекторов. Серийные самолеты совершенствовались и отличались при переходе от серии к серии. Так, 21 сентября на основании постановления СТО «О регулированном обогревании экипажа самолетов в полете от мотора» обязали директора завода № 39 установить на одном из ДБ-3 устройство для обогрева экипажа от мотора по образцу американского самолета DC-3 компании «Дуглас».

В 1938 году заказчик утвердил новые требования к эталону ДБ-3 на 1939 год, так появился вариант «Б», или в простонародье – «Букашка». Теперь на самолет предписывалось установить двигатели М-87 с пропеллерами ВИШ-3 и протестированные топливные баки в центроплане крыла. У М-87 повысили степень сжатия до 6,7, что позволило увеличить взлетную мощность до 925 л.с., а на границе высотности она достигала уже 950 л.с. Все это благоприятно сказалось на высотноскоростных характеристиках бомбардировщика. Правда, с двигателями пришлось еще помучиться, поскольку они достигли 100-часового ресурса лишь в 1939 году.

Требовалось заменить на самолете пневмогидравлические приводы механизмов уборки и выпуска шасси и посадочных щитков пневматическими, увеличить размеры костыльного колеса и сделать лыжное шасси убирающимся. Заказчик также пожелал установить бронеспинку на кресле летчика и зеркало заднего вида, а для штурмана – сдвижной козырек перед астролюком и установить автопилоты и радиополукомпасы РПК-2.

Завод № 39 считался головным по производству ДБ-3, и новинки примерялись сначала в Москве, но не все сразу, а от серии к серии. Лишь затем они внедрялись на предприятиях Воронежа и Комсомольска-на-Амуре.

В 1937 году завод № 18 построил первые двенадцать ДБ-ЗА.

Ильюшину приходилось часто бывать в Воронеже, и в качестве транспортного средства он использовал свой же бомбардировщик, пилотируемый либо Коккинаки, либо заводским летчиком Федоровым. Но однажды, в апреле 1938 года, ему пришлось воспользоваться личным самолетом.

«Самолетом, на котором собирались лететь Ильюшин и инженер завода № 18 Жуков, – рассказывал писатель Феликс Чуев, – был моноплан конструкции А.С. Яковлева. Красивый красный самолетик. В отличие от серийного на нем стоял английский мотор «Джип-си» воздушного охлаждения.