Головную серийную машину, требовалось предъявить на повторные испытания к 1 ноября 1936 г. В период испытаний войсковой серии планировалось уточнить возможности полетов в строю, ночью и в облаках, установить предельную высоту волны для взлета и посадки, провести стрельбы из бортового оружия и бомбометания на больших скоростях и высотах.
Опыт крупной серии показал, что первенец Г.М. Бериева отличался хорошей технологичностью и был достаточно дешевым и легким в производстве. Нормальный технологический процесс изготовления МБР-2 от момента закладки лодки до облета готового самолета занимал 3,5 месяца. Но реально этот срок чаще всего не выдерживался. Если снабжение материалами, несмотря на напряженное положение с поставками на завод фанеры, было более-менее сносным, то ритмичный выпуск летающих лодок сдерживался хронической нехваткой приборов и оборудования. Не хватало турелей, распределительных коробок РРК-500, самолетных переговорных устройств СПУ-3, радиаторов, стекла «триплекс», целлулоида и воздушных винтов.
Еще хуже положение было с радиостанциями и аэрофотоаппаратами. Многие МБР-2 сдавались военной приемке без них, под гарантийные письма завода с обязательством дослать недостающее прямо в воинские части. Поэтому часть летающих лодок выпуска 1936 и 1937 гг. была укомплектована радиостанциями только в 1938 г.!
В процессе серийного производства ЦКБ МС продолжало совершенствовать своего первенца. Весной 1937 г. на заводские испытания был предъявлен модернизированный МБР-2-АМ-34НБ (№ 31422). Летающая лодка получила неподвижный стабилизатор, закрепленный под углом —30° относительно хорды крыла, и триммеры, установленные на рулях высоты. Зализы между килем и стабилизатором были сделаны по типу корабельного разведчика КОР-1.
В бензосистеме самолета был убран насос-ветрянка, имевший свойство часто ломаться в полете. Теперь бензин из основных баков подавался в расходный бак коловратной помпой, находящейся на двигателе справа по полету. Из расходного бака бензин забирала помпа «Хорнет», находившаяся на двигателе слева по полету, и подавала его непосредственно в карбюратор. Кроме того, была увеличена емкость основных бензиновых баков в центроплане. Теперь каждый из них вмещал 388 л топлива.
Маслосистема самолета № 31422 отличалась от серийных машин тем, что вместо одного маслобака, находящегося внутри кольцевого водяного радиатора (на его место поместили расходный бензиновый бак), были поставлены два бака емкостью по 30 л, по бокам двигателя. Запасной маслобак в лодке гидросамолета оснащался системой подогрева масла. Фотоаппарат «Потте-1 Б» заменил более современный АФА-13, который был перенесен вместе с радиостанцией в заднюю кабину и установлен между шпангоутами № 19 и № 20 по правому борту лодки на доработанной турели.
По результатам испытаний, проведенных совместно с представителями НИИ морской авиации с 25 апреля по 5 мая 1937 г., было решено неподвижный стабилизатор с триммером на руле высоты принять к установке на серийных машинах после устранения недостатков. Новая бензосистема, благодаря отсутствию ветрянки, оказалась проще в эксплуатации. Однако военные сочли ее менее надежной по сравнению со старой системой, предложив заводу № 31 улучшить конструкцию помпы-ветрянки.
Маслосистему тоже решили модернизировать по опыту испытаний самолета № 31422, прежде всего установив систему подогрева масла. В серию пошла и новая установка с АФА-13, но из-за проблем с центровкой ее оставили в передней кабине. На МБР-2 поздних серий выпуска вместо радиостанций РРК устанавливались РСР, РСРМ, и фотоаппараты АФА-24.
К 1940 г. стало окончательно ясно, что все модернизации уже не могут дать «вторую молодость» окончательно устаревшему гидросамолету. Созданный в ЦКБ МС для замены МБР-2, новый морской разведчик МБР-7 в серию не пошел. Поэтому производство «амбарчиков» во второй половине 1940 г. было прекращено, так как по решению Правительства СССР от 10 октября 1940 г. завод № 31 полностью переходил на выпуск истребителей ЛаГГ-3.
Всего в Таганроге на заводе № 31 было построено 1365 гидросамолетов МБР-2 всех модификаций (не считая построенного на московском заводе № 39 первого прототипа). В ряде публикаций встречается другое число — 1400. Вероятно, это связано с тем, что завод ежегодно получал твердый государственный план не только на строительство самолетов, но и на изготовление групповых комплектов запчастей для находящихся в строю летающих лодок. Эта работа ложилась дополнительным бременем на заготовительные, механические и агрегатные цеха, не затрагивая цеха окончательной сборки, наземной отработки и летно-испытательную станцию. Потому экономические службы завода и Наркомата авиационной промышленности считали три комплекта запчастей за один самолет.