Но путь от опытной машины до серии оказался долгим. Определяющим фактором здесь оказалась надежность нагнетателя. Первый его вариант, двухскоростной, спроектированный П.И. Орловым, А.А. Микулиным и А.И. Данилевским, получился чрезмерно сложным. На нем никак не могли довести устройство переключения с одной скорости на другую. Тогда Данилевский создал более простой нагнетатель, односкоростной. Характеристики его были ниже, номинальная мощность поддерживалась только до высоты 3000 м (у первого варианта — до 5000 м). Зато с ним опытный мотор работал достаточно надежно.

Были и проблемы с теплонапряженностью, с неустойчивой работой на малом газу. С повторных государственных испытаний в сентябре 1934 г. М-34РН сняли — прогорели поршни и разрушились поршневые кольца. Доводка мотоустановки велась совместно заводом №22, НИИ ВВС, ЦИАМ и моторным заводом №24.

Второй причиной задержки внедрения новой модификации в производство стало изменение требований к стрелковому вооружению. Серийные ТБ-3Р имели максимальную скорость полета около 250 км/ч. В ходе их эксплуатации в частях выяснилось, что уже при 200-220 км/ч вести прицельный огонь с открытых установок невозможно, а при 250 км/ч даже нельзя повернуть турель вперед. 2 октября 1934 г. УВВС предложило отодвинуть срок предъявления эталона с моторами М-34РН при условии модернизации его вооружения. В носовой части предполагалось установить электрифицированную экранированную (закрытую) турель, сместив ее вниз от положения старой Тур-6, чтобы улучшить пилотам обзор вперед. Среднюю и кормовую установки тоже надлежало экранировать и механизировать. В перспективе собирались во всех этих точках установить пушки ШВАК.

В план на 1934 г. были заложены 100 ТБ-3РН. Но уже в сентябре нарком тяжелой промышленности Орджоникидзе предложил урезать эту цифру вчетверо. Алкснис бурно протестовал, но потом вынужден был сдаться: «...оценивая действительное положение... приходится согласиться с предложениями Народного Комиссара Тяжелой Промышленности...». План сократили до 25 машин.

Самолет ТБ-3 4 М-34РН №22570. Госиспытания, октябрь 1935 г.

Но и их в 1934 г. не построили. Более того, доводка эталонного ТБ-3РН заняла фактически еще год. Частично это было связано с изменением требований к новой модификации. 25 января Алкснис утвердил новые тактико-технические требования к ТБ-3РН. Они намного увеличивали объем переделок. УВВС потребовало ввести облегченное крыло увеличенного размаха (до 41,65 м), причем с лонжеронами из титанового сплава. Одновременно хотели полностью заменить в конструкции импортные хромоникелевые стали отечественными хромистыми. Тележки нужно было заменить вновь на одиночные колеса большого диаметра, но уже тормозные и отечественного производства. Всё шасси при этом подлежало усилению с учетом увеличения взлетного веса. Предлагалось внедрить электрифицированное управление радиаторами, аварийный слив горючего из консольных бензобаков. Потребовали внести изменения в оборудование: поставить СПУ, радиостанцию 15СУД (РЕС), перекомпоновать приборные доски, а также бомбовое и стрелковое вооружение. О стрелковых установках под пулеметы ШКАС уже говорилось. Внутренние кассеты Дер-9 предполагалось заменить на КД-2 с 26 замками, а в крыле поставить дополнительные кассеты КД-2 на 8 замков для пристрелочных и осветительных бомб. Эталон ТБ-3РН УВВС требовало выставить на испытания к 1 июня.

Завод №22 откликнулся на новацию незамедлительно. Титановых труб в стране нет, так же, как нет подходящих электромоторов для привода жалюзи радиаторов. Требуемое электрооборудование не существует даже в опытных образцах. Новые приборные доски еще не спроектированы в ЦАГИ. Чертежей КД-2 завод не имеет. И далее в том же духе...

Да и самое главное в новой модификации — моторы М-34РН были далеки от полной готовности. Например, в мае 1935 г. выявилась проблема с конденсацией смеси в нагнетателе. Жалобы дошли до самого Ворошилова, который начал угрожать ГУАП отказом от приемки самолетов с М-34РН.

Завод №24 бился с освоением серийного выпуска двигателей. Нагнетатели упорно разваливались. Выяснилось, что их корпуса не соответствуют опытному образцу, испытывавшемуся в ЦИАМе. Они были тоньше, с более резкими переходами толщин, дефектами литья. Лишь в октябре 1935 г. получили первую партию по-настоящему годных двигателей.

В итоге эталон доводился заводом и НИИ ВВС почти весь 1935 г. Потом подсчитали, что на доводку ушло вчетверо больше времени, чем планировали. Лишь в октябре опытный самолет завершил государственные испытания и был одобрен как «эталон 1936 г.» Бомбардировщик существенно изменился в отношении планера, оборудования и вооружения. Многие пункты задания действительно выполнили. Пропал характерный уступ носовой части фюзеляжа. Размах крыла увеличился более чем на 2 м. От парных тележек перешли к большим тормозным колесам диаметром 2 м. Моторы получили новые капоты и радиаторы. Теперь они вращали четырехлопастные винты диаметром 4,1 м. Винты по-прежнему были деревянными и фиксированного шага, что уже являлось архаичным. Правда, в дальнейшем предполагалось поставить металлические винты изменяемого шага; их испытывали в НИИ ВВС в 1935 г. Оборонительное вооружение складывалось из двух экранированных турелей Тур-8 — одной сверху и одной в носовой части. Они закрывались полусферическими куполами из оргстекла на металлическом каркасе. В каждой из них стоял пулемет ШКАС. Третий такой же пулемет размещался в кормовой установке. Там Тур-8 не имела экрана, но при необходимости прикрывалась раздвижным козырьком, секции которого складывались подобно панцирю на хвосте рака. Четвертый ШКАС на турели Тур-7 стрелял в люк в днище фюзеляжа. На Тур-8 монтировались прицелы АНИИ, на Тур-7 — КПТ с мушкой МФ-5.