На самолете установили и бомбардировочное вооружение. Особенностью ильюшинской машины было то, что кассетные бомбодержатели Дер-21 располагались не по бортам бомбоотсека, а по оси самолета. В отличие от СБ предусматривалась и наружная подвеска. Интересно, что в документах ВВС и ЦКБ-26, и ЦКБ-30 в то время уже именовались «ДБ-3 – первый опытный самолет» и «ДБ-3 – второй опытный самолет».
31 марта 1936 г., в день рождения Ильюшина, ЦКБ-30 совершил свой первый полет. Пилотировал его все тот же В. К.Коккинаки. На самолете с самого начала хотели поставить винты изменяемого шага, но на заводе их не нашлось и поставили, как написано в докладной записке, «неподобранные ВФШ». Но и с ними данные ЦКБ-30 были существенно выше, нежели у ДБ-2.
На второй машине, так же как и на первой, столкнулись с вибрациями мотоустановки. Они проявлялись в диапазоне 1600 – 1700 об/мин. После смены винтов в середине июля вибрация исчезла.
Довольно длительное время ЦКБ-26 и ЦКБ-30 испытывались параллельно. На обеих машинах летал Коккинаки. ЦКБ-26 готовили к демонстрации на первомайском параде. В процессе подготовки к параду 20 апреля Коккинаки неожиданно сделал над Центральным аэродромом мертвую петлю, а затем подряд еще две. Эту фигуру высшего пилотажа до этого в нашей стране на двухмоторном самолете еще не делал никто. На это не были способны даже опытные многоместные истребители Туполева!
1 мая Ильюшин находился на трибунах Красной площади и видел, как в общем строю пролетел и ЦКБ-26. Самолет только успел сесть, как поступил приказ подготовить машину к показу членам правительства. И действительно, вечером на аэродром прибыла кавалькада черных лимузинов. Из одного из них вышел Сталин. Он выслушал доклад о новом бомбардировщике и ходе работ по нему, задал вопросы о его технических характеристиках и в заключение попросил показать на ЦКБ-26 высший пилотаж. Тут Коккинаки выложился «на все 100%» – последовал каскад виражей с большим креном, горок, спиралей, завершившийся опять тремя петлями. Высказанная Сталиным просьба не медлить с проведением испытаний ЦКБ-30 с целью уже в конце лета передать самолет в серийное производство означала резкую перемену в судьбе ДБ-3. Приоритет от Туполева перешел к Ильюшину.
2 мая Ильюшина и Коккинаки заслушали на совещании в Кремле. Решался вопрос о серийном производстве ильюшинской машины. Самолет было предписано внедрить на заводе №39. Уже приготовленную оснастку для ДБ-2 там пустили на слом. Попутно Коккинаки «на высшем уровне» получил разрешение совершить на ЦКБ-26 серию рекордных полетов.
Их наметили на июль 1936 г. Официальным рекордным полетам предшествовали тренировочные, уже в ходе которых удалось побить рекорды высоты с грузом 500, 1000 и 2000 кг. Таким образом можно было твердо рассчитывать на результативность полетов официальных, Первый из них состоялся 17 июля. В качестве груза в бомбоотсек уложили 500 кг чугунных болванок. Коккинаки вернулся через час. Барограмма показала высоту 11.294 м, почти на километр выше старого рекорда, поставленного во Франции. Это был первый советский авиационный рекорд, официально зарегистрированный международной федерацией (ФАИ). Коккинаки получил персональную поздравительную телеграмму от Сталина. Новый рекорд, с грузом 1000 кг, последовал 26 июля. А 3 августа и 7 сентября Коккинаки вновь побил собственные рекорды, демонстрируя выдающиеся данные ЦКБ-26.
Пока ставили рекорды, ЦКБ-30 в стремительном темпе проходил сперва заводские, а затем Государственные испытания в НИИ ВВС. Туда самолет поступил в июне, закончили программу Госиспытаний в начале сентября. Ведущим летчиком являлся капитан К.П.Миндер. За 140 дней ЦКБ-30 налетал 85 часов. Результатом стало принятие нового бомбардировщика на вооружение ВВС РККА.