Бомбардировочное вооружение самолета имело ряд улучшений по сравнению с серийным СБ, в частности была увеличена возможность подвески бомб крупного калибра: при бомбометании с пикирования — до 4 ФАБ-250 (две на наружных держателях и две на внутренних) или 3 бомб типа ФАБ-500 (две снаружи и одна внутри), а при бомбометании с горизонтального полета — до 3 ФАБ-500 или 6 бомб ФАБ-250 (четыре снаружи и две внутри) или 12 бомб калибра 100 кг (4 снаружи и 8 внутри).

Нормальная бомбовая нагрузка была увеличена до 1000 кг, а максимальная в перегрузку — до 1500 кг. Особо отметим, что система бомбового вооружения обеспечивала сброс 1500 кг бомб как с горизонтального полета, так и с пикирования. На пикировании бомбы сбрасывались как с бомбодержателей внутри фюзеляжа, так и с 4-х наружных полностью утопленных в крыло держателей типа НП-1 конструкции завода № 22. На держателях НП-1 бомбы крепились вблизи центра тяжести за один центральный бугель и фиксировались при помощи дополнительных упоров.

Химическое вооружение самолета включало два выливных авиаприбора типа ВАП-500 (всего 1000 кг) и два универсальных химических авиаприбора типа УХАП-500 (всего 100 кг) только на внешних подвесках. ВАП и УХАП обеспечивали применение стоявших на вооружении ВВС КА всех типов отравляющих веществ, зажигательных и дымообразующих смесей.

В октябре 1940 г. начались заводские испытания первого опытного экземпляра самолета СБ-РК — эталона для серии. К 4 ноября было выполнено 11 полетов. В качестве основных дефектов самолета отмечались: высокая температура воды (95-100° С) и масла (110-115° С) и недостаточная продольная устойчивость. 29 октября на заводской аэродром был вывезен 2-й экземпляр эталонного СБ-РК, на котором предполагалось отладить систему вооружения. К этому времени подходила к завершению постройка 3-го эталонного СБ-РК, который предполагалось передать в НИИ ВВС КА для производства государственных испытаний. На этом самолете, по сравнению с первым и вторым экземплярами, были сделаны некоторые улучшения: увеличено сечение выхода из тоннеля водорадиатора путем уменьшения числа створок жалюзи (5 вместо 6), изменен руль глубины, в носовой части фюзеляжа Ф-1 был установлен дополнительный аккумулятор.

Государственные испытания опытного СБ-РК — эталона для серии, были завершены в январе 1941 г. Ведущим инженером по испытаниям был военинженер 1-го ранга М. И. Ефимов, летчики-испытатели — майор В.И. Жданов и капитан А.М. Хрипков. Отчет по испытаниям был подписан Начальником НИИ ВВС КА генерал-майором А.И. Филиным 20 января 1941 г. и 31 января утвержден Начальником ГУ ВВС КА генерал-лейтенантом П.В. Рычаговым. В декабре приказом по НКАП № 704 от 9 декабря 1940 г. опытный СБ-РК был переименован в Ар-2.

На испытаниях при нормальном полетном весе 6600 кг была достигнута максимальная скорость 475 км/ч на высоте 4700 м. Время набора высоты 5000 м составило 7,1 мин. Практический потолок при нормальном полетном весе составил 10000 м, а при полетном весе 7100 с двумя бомбами ФАБ-250 на наружной подвеске — 9000 м. Техническая дальность полета с внутренней подвеской двух ФАБ-250 на высоте 5000 м на скорости 390 км/ч составила 990 км. Длина разбега с полетным весом 7100 кг равнялась 340 м.

Выяснилось, что самолет при эксплуатационных центровках от 30,5 до 32,7% САХ неустойчив в продольном отношении. Самолет становился устойчивым только при центровке 27,25% САХ. В то же время поперечная и путевая устойчивость на всех эксплуатационных центровках была удовлетворительной. Самолет позволял выполнять полет с одним задросселированным мотором.

За все время госиспытаний было произведено 25 пикирований под углами от 40° до 75° с убранными и выпущенными тормозными решетками для снятия характеристик пикирования самолета. Кроме этого производилось пикирование на цель с реальным бомбометанием корпусами боевых бомб. Скорость ввода в пикирование равнялась 275-295 км/ч, начальная высота ввода — 4000 м, скорость начала вывода из пикирования 550 км/ч, перегрузка на выводе в среднем составляла 4,5 единицы.

Тормозные решетки и автомат вывода из пикирования во время испытаний работали безотказно. При пикировании под углом 75° продолжительность прямолинейного участка составила 9 сек, что обеспечивало "...возможность прицельного бомбометания".

Главные недостатки новой машины относились в основном к винтомоторной группе. За все время испытаний на моторах М-105 имели место: "разрушение правой откачивающей маслопомпы, вследствие чего пришлось заменить мотор; ...образование трещины в нижней крышке картера на одном моторе, ...переливание бензина из карбюраторов, в силу чего был случай обгорания всасывающего патрубка карбюраторов".

Отмечалось, что "система охлаждения в зимних условиях работает на верхнем пределе допустимых для моторов температур и совершенно не обеспечит нормальную эксплоатацию самолета в летних условиях". Слить воду из водорадиаторов оказалось совершенно невозможно.

Температура масла, выходящего из мотора, достигала 110°С на наборе высоты при температуре наружного воздуха у земли минус 10°С. Это являлось

верхним пределом для моторов М-105. Предложенная заводом маслосистема оказалась совершенно непригодной вследствие частого выхода из строя водомасляных радиаторов — за все время испытаний было заменено 12 водомасляных радиаторов. Предусмотренные конструкцией шунтовые клапаны на 1,5 атм не предохраняли водомасляные радиаторы от разрушения.

Все это делало водо- и маслосистему Ар-2 "...непригодной для эксплуатации в частях ВВС Красной Армии".

Как видно, несмотря на то, что моторы М-105 отрабатывались на Ар-2 значительно позже, чем на самолете СПБ, и имелась возможность анализа результатов работы поликарповцев по доводке этого мотора, специалистам КБ А.А. Архангельского также пришлось столкнуться со значительными трудностями. В дальнейшем мотоустановка на Ар-2 была все же доведена до приемлемого для эксплуатации в частях состояния.

Наряду с достоинствами системы оборонительного стрелкового вооружения Ар-2, имевшей явные преимущества перед существующей на СБ, специалистами НИИ ВВС отмечались и недостатки. По носовой установке: "не доработан блок питания и отвода звеньев и гильз — происходят частые заклинивания их". По верхней установке ТСС-1: "...имеет крупные дефекты, без устранения которых не обеспечивается боевое применение ее: ...плохая устойчивость пулемета при стрельбе; ...вибрация прицела; ...не отлажен звеньеотвод, что приводит к частым задержкам при стрельбе".

В качестве общего недостатка указывалось на использование оборонительных пулеметов нормального калибра, эффективность которых в воздушном бою уже не отвечала современным требованиям. Однако этот недостаток имели все советские серийные бомбардировщики этого времени, и принципиальным считаться не мог.

В выводах отчета по государственным испытаниям самолета отмечалось, что: "Самолет Ар-2, изготовленный на базе самолета СБ, по своим летно-тактическим данным значительно лучше серийного самолета СБ, но по скорости отстает от современных иностранных и отечественных двухмоторных средних бомбардировщиков. ...Летные свойства самолета Ар-2 аналогичны самолету СБ, а управление самолетом даже более легкое. По управляемости и обзору для летчика самолет удобен для пилотирования в строю. ...Самолет Ар-2 может быть допущен к эксплуатации в частях ВВС Красной Армии при условии ограниченного использования мощности моторов М-105..."

От КБ Архангельского и завода № 22 требовалось довести "до ума" винтомоторную группу, обеспечить продольную устойчивость самолета на всех эксплуатационных режимах, довести вооружение и устранить имевшие место дефекты машины, отмеченные в акте и в отчете по государственным испытаниям.