Заводские испытания начались в первой половине 1937 г. Государственные испытания проводились в мае – июне 1937 г. На испытания модернизированный СБ-2 показал максимальную скорость 347 км/ч на уровне моря и 412 км/ч на высоте 4000 м. На высоте 4000 м модернизированный самолет летал примерно на 11 км/ч медленнее бомбардировщика СБ-2-М-100А. Самолет СБ-2-М-100А (модернизированный) по результатам испытаний был рекомендован к серийному производству. Однако, в серию самолет не пошел. Прототип так и остался единственным самолетом данного варианта. Рад нововведений, реализованных на прототипе, нашли применение в последующих вариантах СБ, например радиостанция и турель МВ-3. Точная причина отказа от серийного производства данной модификации СБ не известна.
СБ-2-М-100А с трехлопастными воздушными винтами
С конца 1937 г. серийные самолеты СБ-2-М- 100А постройки заводов в Москве и Иркутске стали комплектоваться трехлопастными воздушными винтами ВИШ-2. Шаг лопастей винта менялся в пределах 10 градусов с помощью гидропривода. Новые винты значительно улучшили характеристики самолета. Практический потолок увеличился на 1160 м, взлетная дистанция уменьшилась на 150 метров, возросла скороподъемность.
Единственным отрицательным следствием замены винтов стало снижение максимальной скорости полета на 4 км/ч. На нижней поверхности правой консоли крыла стали устанавливать два весовых балансира. Замена винтов никак не отразилась на обозначении самолета – СБ-2 с моторами М-100А.
По ходу серийного производства в конструкцию самолета вносились изменения. Изначально в бомбоотсеке стояли шесть бомбодержателей ДЕР-34, шесть бомб ФАБ-100 подвешивались на них горизонтально, еще две «сотки» вешали вертикально. Затем стали ставить два держателя ДЕР- 23 для бомб ФАБ-250. Бомбы сбрасывались посредством электрического бомбосбрасывателя ЕСБР-2. аварийно – механическим бомбосбрасывателем АСБР-3.