3 марта 1935 г. СБ-2ИС потерпел аварию. Проводился замер скорости на малых высотах. Вдруг появилась сильная вибрация крыльев. Миндер тут же выключил моторы и сделал «горку». После посадки обнаружили вздутие обшивки крыла. Впоследствии причину нашли — на самолете возник еще ранее не встречавшийся изгибно-крутильный флаттер. Его удалось победить, увеличив весовую компенсацию элеронов.
Самолет же месяц пробыл в ремонте. Прежде, чем вновь предъявить его на государственные испытания, в ЦАГИ решили сначала проверить, насколько эффективны переделанные элероны и возникнет ли вновь вибрация. Кроме того, в ходе ремонта внесли изменения в хвостовое оперение — увеличили площадь стабилизатора, заменили отгибаемую на земле пластинку-флеттнер на управляемый в полете триммер (попутно увеличив его размеры на 40 %) и повернули стабилизатор на -1 градус. Все это должно было улучшить устойчивость.
В результате серии полетов выяснили, что элероны стали работать эффективнее, вибрация пропала, устойчивость улучшилась, но незначительно. Зато возникла новая «болячка» — перегрев двигателей. Когда температура на земле подошла к 20 градусам тепла, нормально взлетать просто стало невозможно. На рулении моторы нагревались так, что самолет отстаивался у полосы и только потом взлетал. Попробовали поставить на одном двигателе увеличенный радиатор и сделать управляемые щели в верхней части капота. Охлаждение немного улучшилось, но щели вызвали интенсивное вихреобразование и тряску хвостового оперения. Практически до начала второго этапа государственных испытаний справиться с нагревом моторов не удалось.
СБ-2ИС вновь сдали НИИ ВВС 16 июня 1935 г. Летал опять экипаж Миндера. Самолет испытывался на колесах и зафиксированная максимальная скорость дошла до 404 км/ч на высоте 5000 м. Бомбардировщик показал хорошую скороподъемность, большой практический потолок. Но вместе с тем в отчете об испытаниях отметили недоведенность мотоустановки, недостаточную продольную и поперечную устойчивость, тенденцию накреняться при наборе скорости. Верхняя турель была установлена нежестко, давая большой разброс пуль при стрельбе. Обнаружились вибрации подмоторной рамы, передававшиеся конструкции планера. А различные неудобства эксплуатационного свойства составили длинный-предлинный список. Желание предельно ужать мидель машины привело к очень плотной компоновке агрегатов и затрудненности доступа ко многим из них.
18 июля СБ-2ИС вернули в ЦАГИ для доработки. Там в машину внесли довольно много изменений. Моторы сместили вперед на 100 мм, применили консоли с увеличенной стреловидностью по передней кромке. Это делало центровку бомбардировщика более передней. Опять увеличили площадь стабилизатора и изменили угол его установки. Увеличили поперечное V консолей. У руля высоты ввели аэродинамическую и весовую компенсацию руля направления и элеронов. Вертикальное оперение приобрело несколько иную, более округлую, форму, впоследствии сохранившуюся в серии.
25 сентября 1935 г. модифицированный СБ-2ИС вновь начал испытываться в НИИ ВВС параллельно с СБ-2РЦ. Полеты наглядно показали преимущества «дублера» в летных данных. Усилия конструкторов не пропали даром: самолет стал устойчив и хорошо управляем на всех режимах полета. На СБ-2ИС стало возможно летать даже с брошенным штурвалом. Без бомб машина выполняла виражи с креном до 75 градусов, боевые развороты и штопор. Даже с одним отключенным двигателем бомбардировщик мог продолжать набирать высоту.
Испытания включали отстрел вооружения и учебное бомбометание на полигоне. В целом вооружение СБ одобрили. Среди замечаний наиболее существенные относились к люковой установке. Пользоваться ей было неудобно, сектор обстрела очень ограничен. В отчете о государственных испытаниях записали: «Тактическое применение люковой установки весьма ограничено».
Перегрев моторов продолжал оставаться нерешенной проблемой. 28 октября испытания временно приостановили «из-за недоведенности винтомоторной группы». Машину опять вернули в ЦАГИ. Пробыла она там недолго. В начале ноября СБ-2ИС опять появился на аэродроме НИИ. Забот о перегреве стало гораздо меньше.
21 ноября бомбардировщик совершал перелет по маршруту Щелково-Калуга-Брянск. Над Мещевском стрелок-радист сообщил пилоту Миндеру о том, что плохо себя чувствует. Командир решил повернуть назад. Но над Калугой вдруг сильно затрясло правый мотор и его отключили. Миндер благополучно сел в Щелкове, пролетев 190 км на одном двигателе. Причиной происшествия оказался плохо завернутый болт крепления к мотораме. В полете он от вибрации отвернулся и выпал. Бомбардировщик отправили в ЦАГИ — тщательно обследовать и ликвидировать последствия поломки. 30 декабря машину уже в который раз вернули в НИИ для продолжения испытаний. Государственные испытания СБ-2ИС продолжались до апреля 1936 г.