В начале 1940 г. самолеты ПС-41 поступили в Полярную Авиацию, которая тогда называлась Авиаарктика. Эти машины были оборудованы неубираемым лыжным шасси. Для лучшей заметности носовые части фюзеляжей самолетов Авиарктики окрашивались в красный цвет.
Вскоре после начала войны самолеты ПС-41 из Аэрофлота были собраны в Гражданском воздушном флоте. ГВФ. Самолеты использовались для нужд фронта и для транспортных перевозок внутри страны – доставки почты, матриц центральных газет, особо важных грузов, штабных офицеров, государственных деятелей, партийных функционеров. На них постоянно летали в Москву и из Москвы директора расположенных на Урале и в Сибири оборонных заводов, эвакуированных туда из европейской части Советского Союза. Важную роль сыграли ПС-41 в воздушном мосту, переброшенном в блокадный Ленинград.
В ходе войны снимаемые с вооружения ВВС по мере поступления Пе-2 бомбардировщики СБ переоборудовались в вариант ПС-41.
На протяжении всей войны ПС-41 оставался самым скоростным самолетом ГВФ. После войны самолеты этого типа эксплуатировались до начала массового поступления в Аэрофлот самолетов Ил-12.
Туполев ПС-41бис
ПС-41 бис являлся скоростным почтовым самолетом с увеличенной дальностью полета. Под крылом на двух держателях ДЕР-19 были подвешены два топливных бака емкостью но 270 л. Дальность полета самолета достигала 1180 км. Также был внесен ряд изменений в конструкцию планера. Максимальная взлетная масса ПС- 41 бис – 7000 кг.
Туполев СБ-ММН
Самолет СБ-ММН (модификация в меньшими несущими поверхностями) представляла собой попытку облагородить аэродинамику СБ с моторами М-103. На самолете были установлены двигатели Климова М-105 мощностью по 1100 л.с. в аэродинамически «вылизанных» мотогондолах. Двигатели оснащались двухступенчатыми нагнетателями и трехлопастными воздушными винтами ВИШ-2Ф.
Размах крыла с 20,3 м у СБ-2-М-103 был на СБ-ММН уменьшен до 18 м, соответственно площадь крыла уменьшилась с 56,7 м² до 48,21 м². Полностью была изменена конфигурация носовой части фюзеляжа с одновременным увеличением площади ее остекления. Носовое оборонительное вооружение сокращено с двух пулеметов ШКАС до одного ШКАСа. Во внешних частях консолей крыла оборудованы топливные баки, что позволило увеличить запас топлива во внутренних баках на 205 л. В носке правой консоли крыла установлена вторая посадочная фара. Максимальная взлетная масса СБ-ММН уменьшилась до 642 кг, по сравнению с 7880 кг у СБ-2 с моторами М-103.