К наземному обслуживанию ТБ-3 подошли серьезно. Для него разрабатывался целый набор специализированных автомашин и прицепов, в том числе проектировалась передвижная мастерская на шасси грузовика. По первому изданному регламенту в комплект средств обслуживания ТБ-3 входили пять колесных и гусеничных машин, в том числе гусеничный трактор «Коммунар» для буксировки бомбардировщика по аэродрому. На практике техники не хватало. При отсутствии трактора обходились 40 – 50 красноармейцами, толкавшими машину под руководством старшего техника, следившего, чтобы самолет не разворачивали слишком круто – можно было свернуть крепления тележек. Если трактор имелся, то потребность в «живой силен сокращалась до 10 – 12 человек. Они заносили хвост самолета.
На земле ТБ-3 обслуживали пять механиков, которым хватало работы. Заправка только одного бензобака (с применением пневматики) занимала три с половиной часа, а баковстояло четыре – самолет потреблял до 360л топлива в час. В систему охлаждения каждого мотора надо было влить 10 – 12 ведер воды (зимой – горячей). Моторы по инструкции полагалось заводить сжатым воздухом от аэродромного баллона. А если его под рукой не имелось, обходились резиновой петлей на длинной палке, которую дергали человек пять. Иногда к такому приспособлению припрягали лошадь. Храповики для автостартеров на втулках винтов ввели значительно позже.
На 1933 г. ВВСпервоначально заказали 350 ТБ-З,затем под давлением представителей промышленности ограничились 300 машинами. Попланам за год предстояло сформировать 22 эскадрильи, для чего требовалось 264 бомбардировщика. На практике в 1933 г. заводы выпустили 307 ТБ-З. Это позволило насытить бомбардировщиками ВВС,фактически впервые в мире создав крупные соединения стратегической авиации – бомбардировочные авиакорпуса. Всего сформировали пять таких корпусов по две бригады в каждом. Поначалу они имели на вооружении и ТБ-З, и ТБ-1,но постепенно четырехмоторные машины вытесняли ТБ-1 на роль учебных и транспортных.
Части и соединения тяжелых бомбардировщиков часто носили цветистые наименования, характерные для того времени. Например, «9-я бригада имени 10-го Всесоюзного съезда Ленинского комсомола». Пять входивших в нее эскадрилий носили имена Ворошилова, Кагановича, Кирова, Постышева и Косарева.
В октябре 1933 г. на Дальнем Востоке уже сосредоточили ударный «кулак» из трех бригад – 26-й, 28-й и 29-й, имевших в обшей сложности 134 ТБ-3. Этому способствовала переброска из Европейской части страны целиком 11-й тбаб из Воронежа (на новом месте, в Нерчинске, она стала 29-й). В Воронеже вместо нее в 1934 г. сформировали новую бригаду с прежним номером.
Эти силы являлись серьезным сдерживающим фактором для агрессивных устремлений Японии, чьи военные очень уважительно относились к «длинной руке» РККА.Так, оценивая потенциальные потери от удара советских тяжелых бомбардировщиков по району Токио, майор Катанка пришел к выводу, что ущерб превзойдеттот, что нанесло знаменитое землетрясение 1923 г. Противопоставить ТБ-3 японцам тогда было нечего. В августе 1933 г. известный японский военный специалист Хирота даже предложил план нанесения упреждающего удара по аэродромам Приморья силами палубной авиации, не считаясь ни с потерями самолетов, ни с возможной гибелью авианосцев.
Всего за год смогли сформировать 17 тяжелобомбардировочных эскадрилий. При этом доля бомбардировочной авиации в ВВС РККАподнялась с 26% до 35%. Хотели же получить гораздо больше – из-за недовыполнения планов в 1933 г. отказались от создания шести тяжелобомбардировочных бригад. По первоначальным наметкам уже к концу того года хотели иметь 864 тяжелых бомбардировщика в сухопутной авиации и 576 – в морской.
ТБ-3надолго остался «становым хребтом» отечественной тяжелобомбардировочной авиации. В 1934 г. ее парк начал пополняться усовершенствованными самолетами с отечественными моторами М-34. Эти машины были почти на тонну тяжелее – больший вес имели сами моторы, почти вдвое увеличили емкость маслобаков, в полтора раза стало больше воды в системе охлаждения. Бомбовое и стрелковое вооружение оставалось идентичным самолетам с моторами М-17. Только последние серии лишились подкрыльных выпускных башен. Их заменили «кинжальной» установкой в люке фюзеляжа для стрельбы вниз-назад. В люке имелись два гнезда для шкворней, но только один пулемет ДА.
Массовый выпуск новой модификации хотели начать с осени 1933 г., но моторы поступали с перебоями, и в январе следующего года завод продолжал сдавать некоторые самолеты с моторамами под М-34, но стояли на них М-17. К 1 января 1934 г. ВВСприняли 38 новых машин. Моторы М-34 оценивались как временные, а сама модификация – как переходная, но таких ТБ-3 выпустили около сотни.
От серии к серии по мере совершенствования производства планер бомбардировщика становился легче. Если первые машины с М-34 имели пустой вес в среднем около 12 500 кг, то далее он снизился до 12 200 кг, а у самолетов без башен Б-2 он дошел до 12 100 кг.