В начале 1940 г. стартовала программа модернизации самолетов СБ-2-М-Ю0 и СБ-02-М-103. Вместо турели ТУР-9 ставились турели МВ-3, на некоторых самолетах устанавливали сдвижные фонари в верхней задней части фюзеляжа. Бомбардировщики СБ-2-М-100 оснащались турелями МВ-3 и фонарями в полевых условиях. Турель МВ-3 была испытана в начале 1937 г. на прототипе СБ-2-М-100А (модернизированном), но на серийные самолеты ставились полностью сферические турели, в то время как на прототипе стояла турель с плоским верхом. Турель МВ-3, в отличие от турели ТУР-9, имела круговой сектор обстрела.
Убираемые лыжные шасси монтировались на бомбардировщиках СБ-2-М-Ю0А, если глубина снежного покрова на аэродромах превышала 30 см. При этом створки ниш основных опор шасси снимались. Оснащенные лыжным шасси бомбардировщики СБ могли действовать с заснеженных аэродромов, не приспособленных для работы самолетов с колесным шасси.
Государственные авиационные заводы № 22 в Москве и № 125 в Иркутске строили самолеты СБ-2-М-100А с конца 1937 г. по конец 1939 г. В 1937г. было изготовлено 926 бомбардировщиков СБ, 863 – в Филях и 73 в Иркутске. В 1938 г. было собрано 1240 «филевских» СБ и 177 иркутских – всего 1417 самолетов. В 1939 г. завод в Филях изготовил 1435 бомбардировщиков СБ-2-М- 100А и СБ-2-М-103, завод в Иркутске – 343 самолетов, всего – 1778 машины.
Бомбардировщики СБ-2-М-100А поступали в полки ВВС неокрашенными, цвета натурального металла, начиная с января 1937 г. Вскоре после начала Великой Отечественной войны на верхние и боковые поверхности самолетов советских бомбардировочных авиационных полков стали наносить камуфляж из пятен зеленого цвета, прямо по природному дюралю. Чаще всего камуфляж рисовали от руки кисточками. С 1939 г. на самолеты СБ-2-М-100А окрашивались в заводских условиях сверху и с боков в светло-зеленый цвет, снизу – в светло- голубой. Немногие уцелевшие к 1943 г. СБ были камуфлированы зеленой и темно-серой красками.
Накануне Великой Отечественной войны опознавательными знаками ВВС РККА являлись красные пятиконечные звезды с тонкой окантовкой черною цвета. Опознавательные знаки наносились на верхние и нижние поверхности крыла в четырех местах и на борта задней части фюзеляжа. С началом войны с верхней поверхности крыла опознавательные знаки исчезли. В 1943 г. опознавательные знаки уменьшенного размера стали рисовать на вертикальном оперении.
Во время яноно-китайской войны СССР передал Китаю примерно 100 бомбардировщиков СБ-2-М-100А с трехлопастными воздушными винтами. ВВС Финляндии получило один СБ-2-М-100А, захваченный в качестве трофея в Зимнюю войну 1939 – 1940 г.г. Бомбардировщик получил у финнов регистрацию «VR-8» (позже «SB-8»), самолет разбился при взлете с аэродрома Луонетяарви 25 октября 1944 г.
Польско-советская война