Финнам удалось сбить два ТБ-3, причем в обоих случаях в дневное время. 13 февраля 1940 г. самолет 7-го тяжелобомбардировочного полка был поврежден зенитной артиллерией после выброски грузов для окруженной финнами советской части. Самолет сел на лед замерзшего озера. Финские солдаты бросились к машине. Ее экипаж принял бой. В живых осталось только два раненых летчика, которых взяли в плен. Сам бомбардировщик был добит минометным огнем. 10 марта еще один ТБ-3 был сбит истребителями в районе Кеми.
С первого дня войны в боях участвовали вооруженные ДБ-3 6-й, 21-й и 53-й дальнебомбардировочных авиаполков ВВС и 1-й минно-торпедный полк авиации Балтийского флота. Первыми целями стали военные объекты в городах Хельсинки и Виипури (Выборг), а морякам была поставлена задача уничтожить броненосцы «Ильмаринен» и «Вяйнемяйнен».
В первые же два дня войны летчики Балтийского флота потеряли три бомбардировщика ДБ-3. Один был сбит зенитной артиллерией над Хельсинки, другой разбился при взлете и третий в густой облачности потерял ориентировку и погиб.
Дальнебомбардировочная авиация сосредоточила свои усилия на уничтожении неприятельских 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 г. в район боевых действий был направлен еще один, 42-й, дальнебомбардировочный полк, а 17 февраля начал боевую работу 7-й дальнебомбардировочный полк. Кроме того, с 1 февраля начал совершать боевые вылеты 85-й авиаполк, сформированный на базе 12-й эскадрильи и укомплектованный летчиками с большим опытом «слепых» полетов. В его составе были и ДБ-3.
По дотам линии Маннергейма использовались тяжелые фугасные авиабомбы ФАБ-500 и ФАБ-1000 и бронебойные авиабомбы БРАБ того же калибра. Так, например, в налете на береговую батарею в Ронониеме 14 января 1940 г. самолеты ДБ-3 из 1-го минно-торпедного авиаполка брали потри бомбы ФАБ-1000 (нагрузку свыше 2000 кг фактически можно было реализовать лишь зимой, когда за счет холодного воздуха моторы давали большую мощность). По финской пехоте использовались кассетные авиабомбы 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».
ДБ-3, как правило, успешно отражали атаки финских истребителей. Однако в бою 6 января 1940 г. два финских истребителя «Фоккер D.XXI» сбили семь бомбардировщиков ДБ-3.
Всего за Зимнюю войну полки дальней авиации потеряли свыше 50 бомбардировщиков ДБ-3. По данным Геуста три ДБ-3 совершили вынужденную посадку на территории Финляндии.
29 января 1940 г. один ДБ-3 (из 53-го дальнебомбардировочного авиаполка ОАГ) сел в Урьяла (близ Тампере) из-за потери ориентировки. Экипаж (капитан Подмазовский и др.) был подобран другим ДБ-3, приземлившимся неподалеку. Этот совершенно исправный самолет впоследствии эксплуатировался финнами как УР-101 и VP-11.
3 февраля 1940 г. ДБ-3 (из 42-го дальнебомбардировочного авиаполка 27-й авиабригады) совершил посадку в Яаски. Летчик капитан Федор Скобков и стрелок младший лейтенант Николай Микахлин убиты в перестрелке, штурман капитан Иван Соловьевых взят в плен. Этот исправный самолет впоследствии превратили в VP-12, а позднее в DB-12.
21 февраля 1940 г. ДБ-3 (из 5-го отдельного бомбардировочного авиаполка, ВВС 14-й армии) совершил вынужденную посадку недалеко от Вуотсе в Северной Финляндии, будучи поврежденным в бою с «Гладиатором», под управлением унтер-офицера С.-О. Штенингера (шведского добровольца). Весьма вероятно, что эта машина была отремонтирована и принята финскими ВВС.
Любопытно, что в общей таблице захвата советских самолетов тот же Геуст говорит о пяти ДБ-3.
В качестве штурмовиков в ходе Зимней войны использовались истребители И-15бис, а также старенькие штурмовики ССС. В отличие от И-15бис самолет ССС мало известен читателю, поэтому о нем стоит сказать особо. Это легкий биплан с взлетным весом 2705/3289 кг (без бомб/в перегруз). Его максимальная скорость составляла 249 км/ч, а крейсерская — всего 190 км/ч Стрелковое вооружение состояло из четырех неподвижных 7,62-мм пулеметов ШКАС и одной турели ТУР-8 с пулеметом ШКАС. Бомбовая нагрузка составляла от 328 до 700 кг в различных вариантах.
В боевых действиях приняло участие около 120 штурмовиков ССС. Они наносили эффективные удары по противнику днем и ночью. Колеса их были заменены на лыжи. Самолеты были неприхотливы к аэродромам, поэтому их размещали на больших полянах и замерзших озерах. Так, 1-й корпусный авиаотряд базировался на льду озера Каукярви.
В ходе войны боевые потери штурмовиков ССС составили 11 машин: 2 сбили финские истребители, 7 — зенитная артиллерия, 2 — погибли по неизвестным причинам.