Еще до завершения постройки первого прототипа АНТ-40-1, советские авторитеты приняли решение о серийном выпуске нового бомбардировщика конструкции инженера Туполева. Александр А. Архангельский вместе со своими конструкторами был направлен на завод в Фили для развертывания серийного производства самолетов. Комплект конструктроско-технологической документации поступил на завод 20 февраля 1935 г. Согласно плану весной того же года заводу предстояло завершить серийный выпуск четырехмоторных бомбардировщиков ТБ-3 конструкции все того же инженера Туполева и начать выпуск самолетов СБ- 2-М-100. Труженики филевского предприятия столкнулись с целым букетом проблем, особенную сложность вызывала потайная клепка носков крыла и поверхностей управления. Использование заклепок двух типов сильно осложняло технологию производства. На первых самолетах нередкими были трещины обшивки в районах расположения заклепок.
Советская промышленность с трудом осваивала новую технологию, но в конечном итоге пришлось прибегнуть к помощи США. СССР закупил в Штатах 20 000 станков для своей авиапромышленности на сумму 70 миллионов американских долларов.
На серийных самолетах вместо моторов Испано-Сюиза второго прототипа, ставились 750-сильные двигатели Климова М-100. Мотор М-100 являлся советской копией Испано- Сюиза 12 Ybrs, на 30 л.с. менее мощной, чем его французский предшественник.
Самолет СБ-2-М-100 мог нести бомбовую нагрузку из двух 250-кг бомб ФАБ-250 или шести 100-кг бомб ФАБ-100. Оборонительное вооружение состояло из четырех пулеметов ШКАС. Два пулемета стояло в носовой части фюзеляжа у штурмана, третий – в верхней задней части фюзеляжа, четвертый – в нижней задней части фюзеляжа.
Масса пустого возросла с 3217 кг у АНТ-40-2 до 4060 кг у серийного СБ-2-М- 100. Размах крыла был увеличен с 20,3 м до 20,33 м, а длина фюзеляжа уменьшена с 12,7 до 12,3 м. Экипаж бомбардировщика состоял из трех человек: командира, штурмана и стрелка-радиста.
Имелся и ряд других отличий между прототипом АНТ-40-2 и серийным СБ-2-М- 100. Створки радиаторов двигателей, горизонтально расположенные на прототипе, на серийных машинах заменили вертикально расположенными. Отверстие под винт на прототипе было квадратным, на серийных самолетах – ромбическим. На серийных машинах не имелось трех выхлопных патрубков на нижних поверхностях мотогондол. Была увеличена площадь вертикального оперения серийных самолетов, перемещены аэронавигационные огни на крыле. В верхней части руля направления установлен весовой балансир. Триммеры элеронов уменьшены в размерах. На прототипе АНТ- 40-2 справа стояла только одна трубка Вентури, на серийных самолетах – две.
Первый серийный СБ-2-М-100 (заводской номер 22-1) был построен на 22-м заводе в начале 1936 г. Шесть самолетов первой производственной серии передали ВВС для поведения эксплуатационных испытаний. Эксплаутационные испытания проводились с 26 марта по 31 июля 1936 г. На испытаниях была достигнута максимальная скорость 391 км/ч на высоте 5000 м. До конца 1936 г. завод № 22 изготовил 268 бомбардировщиков СБ-2-М-100, 31 самолет из этого количества был отправлен в Испанию.