Еще в ходе выпуска ДБ-3 2М-85 было признано необходимым дооснастить все самолеты люковыми пулеметами, увеличить их сектор обстрела по горизонту и ввести еще одного стрелка. Нужно было также устранить зависимость углов поворота оружия по скорости полета, а ШКАСы желательно было заменить более эффективными БТ.
В целях повышения боевой устойчивости соединений дальних бомбардировщиков, на базе ДБ-3 был спроектирован самолет сопровождения — без бомб, но с усиленным оборонительным вооружением. Весной 1938 года 2-й серийный ДБ-3 2М-85 выпуска завода № 18 был переоборудован. На нем установили новые турели с пушками ШВАК с боезапасом по 240 снарядов. Люковой шкворень заменили выносным ШКАСом в обтекателе под фюзеляжем, который мог вращаться на 240° по горизонту. Огонь велся с помощью перископического прицела, связанного с электромеханизмом поворота установки. Боекомплект составлял 800 патронов.
Испытания воздушного крейсера ЦКБ-54 проводил В.К.Коккинаки. Летные данные машины оказались недостаточными для эффективной поддержки группы бомбардировщиков — не хватало скорости для свободы маневра. Второй экземпляр ЦКБ-54, переоборудованный из серийного ДБ-3 2М-87 в 1939 году, имел тот же недостаток. Кроме того, резкие движения пулеметом вбок- вниз вызывали опасную раскачку машины. Из-за этого выносной ШКАС заменили двумя пулеметами в боковых окнах (по 210 патронов на каждый). Неустойчивость исчезла, но эффективность вооружения упала. От серийного выпуска «крейсера» было решено отказаться в пользу специализированных истребителей сопровождения.
В июле 1938 года на испытания вышел транспортно-десантный вариант самолета ДБ-3 2М-87. На подфюзеляжных бомбодержателях подвесили кабину Д-20 конструкции Привалова на 10 десантников. Производились опыты по сбросу с ДБ-3 пушек калибра 45 мм и 120-мм минометов. При этом самолеты не требовали значительных доработок и могли использоваться как бомбардировщики. Дело было лишь за выпуском комплектов спецоборудования — кабин, платформ, парашютов с авторасцепками Дорониных АРД-1, предотвращавшими протаскивание грузов после приземления.
Для моряков в 1938 году был создан вариант самолета с закрытым обогреваемым отсеком для торпеды. Он испытывался в июне того же года на Балтике. Закрытый отсек имел свои преимущества, однако же, была невозможна, например, подвеска коротких и толстых мин, да и большие конструктивные изменения повлекли бы за собой сложности в освоении его производства, а значит, неизбежно, — снижение темпа выпуска. Все это стало причиной отказа от этого варианта торпедоносца.
Суровой проверкой для советской авиации стала финская война, разразившаяся 30 ноября 1939 года. С первого дня в боях участвовали вооруженные ДБ-3 6-й, 21-й и 53-й дальнебомбардировочные авиаполки ВВС и 1-й минно-торпедный полк авиации Балтфлота. Первыми целями стали военные объекты в городах Хельсинки и Вайпури, а морякам была поставлена задача уничтожить броненосцы «Ильмаринен» и «Вяйнемяйнен». Погода была отвратительной. «Слетел» с заснеженной полосы и взорвался ДБ-3 из 2-й эскадрильи 1 мтап. Тем не менее, полк продолжал работать. Разведзвено — тройку ДБ-3 из этого полка повел подполковник Бельский. Над портом Котка, несмотря на плотный огонь, машины прошли как на параде — крыло к крылу без противозенитного маневра. Дальше были базы Лавиза и Борго — огонь был настолько силен, что звено рассыпалось, но лишь на мгновение. Над Хельсинки — снова сомкнутым клином и, как результат, — под машиной лейтенанта Журавлева сразу несколько разрывов. ДБ-3 «клюнул», потом полез вверх, из правого мотора повалил дым. Самолет развернулся на юго-восток и скрылся в облаках. На базу он не вернулся. Дальше были Ханко, Турку и Аландские острова — снова сильнейший зенитный огонь. Броненосцев нет и там. Бельский принимает решение идти домой по тому же маршруту. В относительно спокойной южной части Финского залива самолет Вельского вошел в густую облачность, и больше его никто не видел. Корабли противника не обнаружены.
Первый экземпляр «крейсера» ЦКБ-54 с пулеметно-пушечным вооружением. Фото предоставил ККосминков
Вооружение самолета ЦКБ-54: вверху — пушки ШВАК калибра 20 мм в носовой и средней (башенной) турелях; внизу — нижняя выносная дистанционно управляемая установка ШКАС в обтекателе и без него. Фото предоставил А. Медведь
Дальнебомбардировочная авиация сосредоточила свои усилия на уничтожении вражеских резервов и узлов коммуникаций. Сильная ПВО делала массированные налеты делом сложным, а плохая погода не всегда давала возможность организовать истребительное прикрытие. Тем не менее, ДБ-3 показал высокую эффективность, и 19 января 1940 года в район боевых действий был направлен еще один, 42-й дальнебомбардировочный полк, а 17 февраля начал боевую работу 7-й дбап. Кроме того, с 1-го февраля начал совершать боевые вылеты 85-й авиаполк, сформированный на базе 12-й аэ и укомплектованный летчиками с большим опытом «слепых» полетов. В его составе были и ДБ-3.
По ДОТам линии Маннергейма использовались тяжелые фугаски ФАБ-500 и ФАБ-1000, бронебойные БРАБ такого же калибра. Так, например, в налете на береговую батарею в Ронониеме 14 января 1940 года самолеты ДБ-3 из 1 мтап брали по три бомбы ФАБ-1000 (нагрузку свыше 2000 кг фактически можно было реализовать лишь зимой, когда за счет холодного воздуха моторы давали большую мощность). По вражеской пехоте использовались кассеты РРАБ-3. Правда, снаряжать их было долго, а хранить «в сборе» нельзя, за что аббревиатуру РРАБ (ротативно-рассеивающая авиабомба) технари расшифровывали по своему: «работай, работай, а без толку». Видели бы они, как действуют эти штуки!
Немногочисленные и устаревшие финские истребители особой опасности не представляли, ДБ-3 хорошо выдерживал множественные пулевые пробоины. Правда, был случай, когда пара Фоккеров D-XXI в одном полете уничтожила 7 ДБ-3, ведя бой против большой группы советских бомбардировщиков. Малая война вскрыла большие прорехи в подготовке командиров и летчиков ДБА. Зато зенитный огонь обычно был плотен и точен. За 3 месяца и 13 дней Зимней войны только полки дальней авиации потеряли свыше 50-ти самолетов ДБ-3. Плохая погода, недостаточная подготовка экипажей и отказы матчасти вероятно стали причиной потери значительной части из еще полутора десятков бомбардировщиков, числящихся пропавшими без вести. 1-й мтап КБФ потерял не менее 3-х машин.
5 самолетов ДБ-3, совершивших вынужденную посадку на территории противника были отремонтированы и введены в состав ВВС Финляндии. Один из них 12 мая 1941 года был перегнан в германский испытательный центр Эрпробунгсштелле в Рехлине, где получил высокую оценку.
Между тем, еще в начале 1939 года на совещании с участием членов Политбюро, работников Наркомата авиапромышленности и представителей ВВС был поставлен вопрос о радикальной модернизации ДБ-3. Во главу угла ставилось улучшение защищенности самолета и резкое снижение трудоемкости его изготовления.
В феврале 1940 года была освоена заводом авиавооружения № 32 новая турельная установка МВ-3 с пулеметом БТ-12.7. Ее начали ставить на некоторых ДБ-3. Вместо старого люкового шкворня 5Т231 с марта 1940 часть самолетов стала оснащаться новой огневой точкой с выносной турелью МВ-2 с пулеметом ШКАС. Кроме того, было предусмотрено увеличение боезапаса пулеметов.
ОКБ, совместно с НИИ Авиационного Вооружения, НИМТИ ВМФ и другими организациями, вели постоянную работу, повышая наступательную мощь самолета. Наиболее интересными были эксперименты с фосфорными зажигательными боеприпасами и дистанционно-управляемым оружием. Войсковые испытания последнего проводились в 81-й дальнебомбардировочной авиадивизии осенью 1941 года. Собственно говоря, испытывались, в основном, устаревшие ТБ-3, превращенные в летающие бомбы. На них монтировались электромашинки, отклонявшие рули по радиокомандам с самолетов наведения СБ и ДБ-3, радиостанции которых были доработаны соответствующим образом. Аппаратура функционировала нормально, однако с потерей визуального контакта управление нарушалось — т. е. применить этот прообраз крылатых ракет можно было лишь в хорошую погоду, сбить «летающую бомбу» ничего не стоило, да и сам самолет наведения, «привязанный» к тихоходу-гиганту становился легкой мишенью. На торпедоносцах ДБ-3 отказывались от задних держателей, так как неудовлетворительная работа все равно не обеспечивала нужного угла вхождения в воду маловысотных торпед. Да и сами торпеды постоянно улучшались — проводилась работа по устранению несоосности их винтов, а также разрабатывались неконтактные взрыватели и бесследные ходовые механизмы, и, наконец, шло проектирование авиационных вариантов куда более мощных торпед калибра 533 мм (правда, их основой также были итальянские образцы).