Следующий шаг последовал в феврале 1941 г., когда вышло постановление «О реорганизации авиационных сил Красной Армии», в котором предусматривалось сформировать еще пять полков на этих неповоротливых гигантах. Использовать ТБ-3 предусматривалось и как бомбардировщики, и как военно-транспортные самолеты. Но препятствием оказалось недостаточное количество исправной техники. 6 июня 1941 г. ЦК ВКП(б) и Совнарком выпустили совместное постановление о срочном доведении до боеспособного состояния 500 ТБ-3. Заводам дали разнарядку на восстановление производства запчастей. Завод №26 в Рыбинске в небольшом количестве продолжал выпускать моторы М-17. В дополнение к этому попытались наладить их производство на Горьковском автозаводе. В воинские части направили бригады рабочих самолетостроительных заводов. Часть работ вели мастерские и заводы гражданской авиации.
Согласно докладу заместителя начальника Генштаба Н.Ф. Ватутина ВВС РККА на 15 июня 1941 г. располагали шестью боеспособными полками тяжелых бомбардировщиков. Вот с ними и начали войну.
На 22 июня 1941 г. в строю ВВС имелось 516 ТБ-3. Еще 25-ю машинами располагала морская авиация. Находясь на относительно удаленных от границы аэродромах, эти машины избежали катастрофических потерь от первых немецких ударов. В итоге на начальном этапе войны они составляли довольно значительную часть бомбардировочной авиации, участвовавшей в боевых действиях.
Этот ТБ-3 с моторами М-17 стал немецким трофеем осенью 1941 г.
Этот самолет противник уничтожил на земле, 1941 г.
В условиях превосходства немцев в воздухе тихоходные гиганты были весьма уязвимы днем, но довольно успешно работали в темное время суток. Уже в ночь на 23 июня первые тяжелые бомбы обрушились на немецкие танки. Самолеты 3-го тбап без потерь нанесли удар по войскам противника в районах Сейма, Сопоцкина, Радина и Венгрова. На следующую ночь 1-й и 3-й тбап фугасными и кассетными бомбами атаковали немецкие аэродромы в Сувалках, Можедове, Бела-Подляске и Остроленке.
Немецкие солдаты осматривают ТБ-3, август 1941 г.