Машина нравилась летчикам. Она была устойчива на всех режимах полета и, несмотря на значительные размеры, могла выполнять глубокие виражи – до 70-75 градусов. Правда, при этом начинались небольшие вибрации концов крыла, но они оказались неопасными. Взлет был также прост, как и посадка. При переходе с Р-1 на ТБ-1летчику только нужно было привыкнуть к штурвальной колонке, да еше с существенно большим ходом. Бомбардировщик успешно эксплуатировался на неровных площадках.
Большим недостатком являлся ограниченный обзор у пилотов на рулении и в начале взлета. Длинный нос закрывал все впереди. Левый летчик видел только влево, правый – только вправо. Поэтому рулили по аэродрому по командам штурмана, стоявшего в проеме передней турели. Заход на посадку по тем же причинам выполняли в зависимости от того, на каком месте сидел пилот: левый летчик делал левый разворот, правый, соответственно, – правый.
Кабины были тесноваты для работы в зимнем обмундировании того времени, в которое входили меховая шуба, рукавицы и валенки. Вообще, в открытых кабинах в холодную погоду было очень нежарко. В мороз приходилось надевать на лицо шерстяную маску, а кожу смазывали гусиным жиром.
Тем временем началось перевооружение эскадрилий в Ленинградском военном округе. 57-я эскадрилья получила первые ТБ-1в августе 1930 г., 55-я – в октябре. К Новому году в ВВС РККАимелось уже 52 новых бомбардировщика, 45 из которых были исправны. Продолжалось доукомплектование 11-й бригады. После того, как обучили первые экипажи, самолеты стали принимать в Москве, прямо на заводском аэродроме. Так, в мае 1931 г. оттуда перегоняли машины летчики 51-й и 59-й эскадрилий. В Подмосковье, в Монино, формировали сразу две бригады – 17-ю и 23-ю. К этому времени тяжелобомбардировочные бригады стали иметь по четыре эскадрильи; общий штат составлял 50 бомбардировщиков.
В августе-сентябре 1931 г. новые самолеты приняли участие в маневрах Красной армии на Украине. При этом они применялись в качестве дневных и ночных бомбардировщиков, дальних разведчиков и военно-транспортных самолетов. 15 августа десант парашютистов захватил аэродром «противника», на который перебазировалась одна из эскадрилий ТБ-1. 10 и 14 сентября последние сами использовались для перевозки десантников. После захвата площадок выброшенными с трехмоторных АНТ-9парашютистами тяжелые бомбардировщики начали приземляться там с пехотой на борту.
В октябре того же года самолет с гордостью продемонстрировали немцам. Германская военная делегация осмотрела ТБ-1 в НИИ ВВС.Один из офицеров рейхсвера, фон Масебах, даже получил возможность попилотировать бомбардировщик с правого кресла под надзором советского инструктора. Машина получила очень высокую оценку – в Германии подобной техники тогда не было.
К началу 1932 г. в строю находились уже 155 ТБ-1. Четыребоеготовых эскадрильи дислоцировались в Воронеже, четыре – в Монино, две – в Кречевицах под Псковом. Одна эскадрилья вошла в ВВС ОКДВА. НаДальний Восток направили еще одну эскадрилью, 51-ю, ранее базировавшуюся в Монино, но ее в итоге передали в морскую авиацию, и она стала минно-торпедной. В традиционном первомайском параде в Москве принял участие 61 бомбардировщик из 11-й и 17-й авиабригад.
Пилотов для многомоторных самолетов начали готовить специально. В 3-й школе военных летчиков обучение теперь завершалось полетами на ТБ-1.
В частях самолеты постепенно доукомплектовали недостающие оборудованием. В ходе серийного производства усовершенствовали водяные радиаторы (ранние машины летом страдали от перегрева моторов), заменили импортные покрышки «Палмер» на большие по размеру отечественные. В 1932 г. производство ТБ-1 прекратили, на смену им пришли четырехмоторное ТБ-З.
Но двухмоторные бомбардировщики еще около двух лет сохраняли свое лидирующее положение. При этом машины подвергались модернизации. Для увеличения бомбовой нагрузки с февраля 1932 г. на части самолетов смонтировали дополнительные наружные бомбодержатели Дер-9, а затем мосты Дер-13-6. Последние получили более трети машин. Пулеметы «Льюис» обр. 1924 г., которые монтировались на всех ранних сериях, постепенно заменили отечественными ДА-2. Радиус действия ТБ-1 был сравнительно невелик, и для него разработали съемный бензобак, размешавшийся в бомбоотсеке. Затем запас горючего пополнили установкой дополнительных баков в крыле. Работали над химическим и реактивным (безоткатными пушками) вооружением бомбардировщика, но это так и осталось в рамках экспериментов. Не был завершен и комплекс ТМС-36 – два беспилотных ТБ-1, управлявшихся по радио операторами с самолета наведения. Такие летающие бомбы должны были поражать крупные и важные объекты, хорошо прикрытые средствами ПВО.
ТБ-1 стал первым самолетом, использованным в программе «Звено», по проекту В.С. Вахмистрова он стал «летающим авианосцем». На его крыльях размещались два истребителя И-4, которые могли отделиться от носителя в воздухе.