Как ни парадоксально, несколько СБ-2 состояли на вооружении «Люфтваффе». Это объясняется тем, что Советский Союз передал права на производство СБ-2 чехословацкой фирме «Авиа», и в период с 1937 по 1939 год это дочернее предприятие компании «Шкода» построило 161 самолет, в том числе 101 в варианте бомбардировщика и 60 – в варианте дальнего разведывательного самолета. После вторжения Германии в Чехословакию в 1938 году значительное число СБ-2 было захвачено немцами. Эти, а также находившиеся в постройке самолеты поступили в состав «Люфтваффе» в качестве учебно-тренировочных машин и буксировщиков мишеней для боевой подготовки зенитной артиллерии. Несколько самолетов постройки фирм «Авиа» и «Аэро» попали в состав военно-воздушных сил Болгарии. СБ-2 экспортировался в Китай – это была одна из первых советских экспортных поставок в крупнейшее государство Дальнего Востока. Здесь самолеты, зачастую с советскими экипажами, использовались в боевых действиях против Японии в 1941-43 гг.
Некоторые разработки предвоенной поры стоит упомянуть особо. Один самолет СБ-2 имел неубирающееся шасси с передним колесом и использовался для испытания новых систем шасси. Несмотря на то что во время войны такая конструкция широкого применения не нашла, после окончания войны большинство новых самолетов оборудовались именно таким шасси. СБ-2 стал первым советским самолетом, имевшим переднее колесо шасси.
После того как в Советском Союзе был разработан двигатель М-100, появилась возможность оснащать серийные СБ-2 новыми вариантами этого мотора. Это позволило конструктору Архангельскому усовершенствовать самолет. С внедрением в 1936 году двигателя М-103 мощностью от 860 до 960 л.с., на самолет впервые устанавливают воздушные винты с изменяемым шагом, и СБ-2бис (так называли этот вариант машины), который, помимо прочего, имеет установленные в нижней части двигателей радиаторы водяного охлаждения, достигает скорости 450 км/час. 2 сентября 1937 года летчик Михаил Алексеев на самолете АНТ-40/СБ-2бис с грузом в одну тонну достигает высоты 12 246,5 м и устанавливает мировой рекорд. Справедливости ради надо сказать, что несколько ранее самолет поднимался с таким же грузом на высоту 12 695 м, но рекорд не зарегистрировали, так как Советский Союз в то время еще не являлся членом Международной авиационной федерации.
Мотор М-103А, внедренный в производство в 1937 году, развивал мощность от 950 до 1 000 л.с. С этим двигателем самолет СБ-3, особенностью которого являлась также увеличенная башня под нижней частью хвоста самолета, достиг еще большей максимальной скорости – 455 км/час. СБ-3 выпускался в учебно-тренировочном варианте УСБ («учебный скоростной бомбардировщик») с удлиненной носовой частью, где помещалась открытая кабина инструктора, а позади нее – место обучаемого летчика.
Предложенный конструкторами усовершенствованный самолет СБ-Збис так и не был построен, а вот опытный образец с наименованием АНТ- 40ММН, оснащенный моторами М-105 мощностью 1 050 л.с., все-таки появился на свет. За счет удлинения носовой башни, в которой размещался оператор бомбометания, кабина этого самолета несколько увеличилась. Вариант ММН находился в эксплуатации в «Аэрофлоте», где его называли «Щукой», и стал первым самолетом, осуществлявшим почтовые и грузовые перевозки на большой высоте. Вес пустого самолета в варианте ММН составлял 4 183 кг, а взлетный вес – 5 706 кг, таким образом, вес полезной нагрузки (груз плюс экипаж) мог достигать 1 568 кг.