На 1 января 1938 г. в строю ВВС РККА имелось 626 исправных ТБ-3 разных модификаций. Из них 53 — в АОН-1, 41 - в АОН-2, 97 - в АОН-3, 42 - в ВВС ОКДВА, 70 — в Забайкальском округе, 99 — в Ленинградском, 142 — в Белорусском, 57 — в Киевском, 12 — в различных школах и училищах, 13 — в частях центрального подчинения (в число которых, в частности, входил НИИ ВВС) плюс 64 — в морской авиации. Более половины из них представляло самолеты с моторами М-17, а остальные примерно поровну делились на машины с М-34, М-34Р и М-34РН. Состояние техники старых выпусков внушало тревогу. В марте 1938 г. комдив Локтионов в своем докладе говорил: «Качественное состояние старых типов самолетов, в особенности по самолетам ТБ-3 -M17,... неудовлетворительное. Самолеты... выпуска 1932-33 г.г. сильно изношены, запасных частей недостает, и на 40% они требуют капитального ремонта».
Вот что выявила комиссия YBBC в Белорусском военном округе. Вместо 61 самолета по штату в наличии есть 27, «каковые по налету, состоянию и времени эксплуатации все требуют заводского ремонта». Тележки шасси переваривали уже по три-четыре раза. Замены требовали электропроводка, бензиновые и масляные магистрали, а частично и обшивка. Неприкосновенный запас запчастей уже истрачен. Подняться в воздух могут не более двух третей машин.
Машины ранних выпусков начали вытеснять в транспортные эскадрильи и отряды. По мере наращивания выпуска ДБ-3 этот процесс шел все быстрее. В первую очередь это касалось армий особого назначения. На 1 апреля 1939 г. на ТБ-3 летали одиннадцать полков и четыре отдельные эскадрильи. Но два из них уже начали переход на СБ, а четыре — на ДБ-3. К маю 1939 г. в АОН-1 ТБ-3 уже составляли только около 15% парка тяжелых и дальних бомбардировщиков, в АОН-2 — еще меньше, около 10%. В перевооружаемых частях появились излишние ТБ-3, которые хотели кому-нибудь сдать. Так, в ноябре 1939 г. штаб АОН-3 бомбардировал УВВС письмами — куда девать более ненужные 46 самолетов. Всего в том году четыре бывших тяжелобомбардировочных полка переходили на ДБ-3 и два — на СБ. На 1 мая обеспеченность ВВС исправными ТБ-3 оценивалась в 144%. На 19 сентября в ВВС оставалось 578 машин, в то время как по плану хотели иметь всего 303. УВВС давало указания: «Самолеты ТБ-3 всех модификаций после укомплектования 1 тб полка (Ростов на Дону) и трех тб эскадрилий 1 и 2 ОКА использовать как транспортные самолеты в округах».
Четырехмоторные гиганты стали «извозчиками». Возили запчасти, боеприпасы, продовольствие и людей. Тяжелобомбардировочные части и раньше привлекали к грузовым перевозкам, особенно в Забайкалье и на Дальнем Востоке. Одна только 29-я тбаб за 1938 г. перевезла 570 человек и 136,4 т грузов. Теперь ТБ-3 раздавали по одному-два самолета в разные авиаполки для оперативной переброски различного имущества.
Курс на списание старых бомбардировщиков и перевод их в транспортную авиацию продолжался до середины 1940 г. Первоначально за этот год хотели избавиться от 330 машин — частично передать в гражданский воздушный флот, частично сдать на слом. В мае 1940 г. Главный военный совет ВВС постановил: «Оставить на вооружении ... ТБ-3 из числа годных для полетов, с использованием как транспортных». В это время четырехмоторные машины Туполева составляли примерно четверть всего парка тяжелых и дальних бомбардировщиков. На 1 января 1941 г. хотели оставить 69 ТБ-3РН и ТБ-3ФРН, 123 ТБ-3Р, 76 самолетов с М-34 и 278 с М-17. Но изменение политической ситуации вынудило изменить это решение.
Вообще за это время много чего произошло, а ТБ-3 успел поучаствовать в нескольких военных кампаниях, показав, что он может и чего не может.
ТБ-3 впервые приняли участие в боевых операциях летом-осенью 1937 г. Действовали против «врага внутреннего» — басмачей на Памире. Для поддержки операций пограничников и частей Красной Армии тогда привлекли 30 Р-5 и три ТБ-3. Последние осуществляли перевозку людей и грузов в труднодоступные районы.
А первой войной, на которую попали эти машины, оказалась японо-китайская. Вскоре после нападения Японии, 21 августа, Китай и СССР заключили договор о взаимопомощи. Уже в сентябре советское руководство начало осуществлять операцию «Зет» — поставку в Китай боевых самолетов.
В середине сентября начали отбирать экипажи и для ТБ-3. Собственно говоря, эти машины бывали в китайском небе и раньше. Бомбардировщики ВВС Забайкальского округа время от времени плутали и оказывались в воздушном пространстве соседей. Поскольку у китайцев не то что ПВО, но и толковой службы наблюдения не было, то все кончалось благополучно. Разве что по донесениям наших пограничников можно было угодить на «губу». Так, в феврале 1934 г. пилот Костромин в ночном полете пересек границу, но через 50 минут, сориентировавшись, вернулся на нашу сторону.
Теперь же речь шла об обслуживании трассы Алма-Ата - Ланчжоу, по которой собирались перегонять в Китай самолеты. Транспортные ТБ-3 наряду с АНТ-9 и ДБ-3 развозили по ней специалистов и грузы. Вскоре по трассе полетели в Китай истребители и скоростные бомбардировщики.
ТБ-3РН гоминдановских ВВС