Опытный и первые серийные ДБ-3Т были оснащены моторами М-85 с винтами В-85. Их планер был облегчен по сравнению с сухопутными машинами на 480 кг, но скорость и, особенно, дальность морской модификации несколько упали, что не было устранено даже с переходом на более мощные двигатели. Практическая дальность ДБ-3Т не превышала 2500 км.
Для районов Севера и Дальнего Востока, где не было развитой аэродромной сети, был предложен гидровариант торпедоносца ДБ-3ТП 2М-86. Конструкция планера была значительно усилена, смонтировали поплавки типа «Ж» и швартовочное оборудование. Самолет был построен в начале 1938 года, его облет на Рыбинском водохранилище провел В.К.Коккинаки. Испытания выявили значительное падение летных данных — поплавки существенно увеличивали сопротивление. Тем не менее, ДБ-3ТП был рекомендован в серию. Однако дальнейшая опытная эксплуатация в условиях летнего черноморского климата показала, что машину очень трудно обслуживать на воде. От выпуска гидроторпедоносцев отказались в пользу самолетов наземного базирования.
Это было практичное решение — строевая эксплуатация ДБ-3 и так была достаточно трудной. В дальних полетах, особенно ночью, нагрузки на экипаж были огромны, многие приборы были размещены неудобно. Вдобавок в кабинах было холодно, до тошноты воняло горелой касторкой, которая использовалась для смазки и промывки деталей силовой установки. Пилотажные свойства самолета были высокими — ДБ-3 легко делал крутые виражи и «восьмерки», а все вредные тенденции легко парировались триммерами, но грубое их использование могло привести к выходу на опасный режим. Главной трудностью был взлет — самолет неудержимо «тянуло с полосы», так как оба мотора были одного вращения. Для полностью заправленного бомбардировщика требовалось не менее километра бетонки.
Отмечались случаи замерзания маслорадиаторов, при этом двигатели быстро перегревались. Если летчик открывал створки, дело только ухудшалось. Нужно было закрыть радиаторы и идти на малой скорости, поддерживая моторы на 2100–2200 об/мин, следя за температурой масла (при ее повышении до 120 градусов двигатель мог заклинить). Если и после этого радиаторы не оттаивали, экипажу разрешалось покинуть машину.
Уже в 1937 году в Запорожье был освоен выпуск моторов М-87А. Их полетная мощность у земли выросла по сравнению с М-86 на 120 л.с., а на расчетной высоте — на 150 л.с. Это было достигнуто за счет увеличения степени сжатия с 5.6 до 6.1 путем уменьшения кривизны головок цилиндров. Поршни получили дополнительные кольца и внутренние ребра охлаждения, был изменен также подвод воздуха в нагнетатель. С новыми моторами скорость ДБ-3 возросла почти на 40 км/ч, а потолок более, чем на километр.
Но вот надежность М-87А была явно недостаточной, и, вскоре, на поток была поставлена модификация «Б», отличавшаяся усиленной конструкцией картера и износостойкими цилиндрами с азотированным «зеркалом». Кроме того, были применены новые карбюраторы АК-87 и автоматические регуляторы оборотов Р-2.
Тем временем, и в конструкцию самолета были внесены значительные изменения, самым заметным из которых стала новая широкая кабина пилота, дававшая лучший обзор. Это было по достоинству оценено, так как до того руление было возможно лишь по командам штурмана, который указывал путь пилоту, высунувшись из астролюка и размахивая руками в опасной близости от дисков винтов.
Серийный выпуск ДБ-3 2М-876 с винтами В-85 был начат в третьем квартале 1938 года, и тогда же вышло указание называть новую машину ДБ-3М, а все более ранние, кроме торпедоносцев, — ДБ-3б. В войсках буковка «б» превратилась в ласкательное «букашка», а самые старые самолеты, выпущенные еще с моторами М-85, иногда для удобства называли ДБ-3а. Индекс «М» практически не использовался — чаще самолеты идентифицировали непосредственно по типу мотора.
В середине 1939 года наконец-то был освоен в производстве винт изменяемого шага ВИШ-3, которым стали комплектоваться не только вновь строящиеся ДБ-3 2М-876, но и машины более ранних выпусков.