Этот ДБ-3Ф в марте 1941 г. в снегопад разбился в Воронежской области
ДБ-3Ф не вызывал восторга и у пилотов. Изменение центровки привело к значительному снижению устойчивости. «Пилотажные качества самолетов ДБ-3Ф в значительной степени ухудшились по сравнению с качествами самолета ДБ-3», — писал Смушкевич.
К началу 1941 г. ДБ-3 в значительной мере уже исчерпал свой потенциал. На 1940 г. для дальних бомбардировщиков планировалось достичь скорости 500-550 км/ч, а ДБ-3Ф не дотягивал и до 450 км/ч. В связи с этим ставку сделали на перспективные самолеты нового поколения — ДБ-4 Ильюшина и ДБ-240 Ермолаева. План по ДБ-4 дали московскому заводу № 39 (100 машин на 1940 г.), а освоение ДБ-240 (Ер-2) поручили заводу в Воронеже. Первый проект плана на 1941 г. (от 11 ноября 1940 г.) предусматривал выпуск 1480 ДБ-240 и всего 350 ДБ-3Ф (в Комсомольске). На ДБ-240 хотели перевооружить 24 полка с машин Ильюшина. Но трудности с освоением бомбардировщика Ермолаева вынудили уже через месяц изменить цифры на 100 ДБ-240 и 750 ДБ-3Ф. На ДБ-240 теперь решили перевести поначалу всего два полка.
Но и при этом выпуск ДБ-3Ф постепенно сворачивался. Тем не менее совершенствование конструкции продолжалось, хотя очень немногое из опробованного тогда попало в серию. Работа шла в двух основных направлениях: мотоустановка и оборудование.
Установка моторов большей мощности могла поднять скорость самолета. Проработали вариант с двумя двигателями М-89. Этот мотор, сделанный под руководством Е.В. Урмина, представлял собой дальнейшее развитие того же «Гном-Рона». Его мощность доходила до 1300 л.с. Серийный выпуск ДБ-3Ф с этими моторами планировался на 1941 г. Пара М-89 испытывалась на ДБ-3Ф в Запорожье в марте-мае 41-го. Никак не могли справиться с перегревом головок цилиндров. Затем началась война. Рассматривался вопрос о применении на ДБ-3 еще одного потомка GR 14K, дизеля М-87Д, обещавшего за счет уменьшения расхода топлива увеличить дальность полета, но этот двигатель не дошел даже до стадии опытного образца.
Еще в октябре 1939 г. Ильюшину предписали попробовать еще один новый двигатель, М-81 А.Д. Швецова мощностью 1600 л.с, тоже 14-цилиндровый двухрядный звездообразный. Два таких мотора смонтировали на серийном ДБ-3Ф. 30 марта 1940 г. он совершил свой первый полет. Предполагалось, что увеличение тяги доведет скорость до заданных 500 км/ч. Но моторы работали крайне ненадежно, постоянно перегреваясь. Кроме того, винт ВИШ-37 плохо подходил к параметрам М-81, не давая возможности полностью использовать его мощность. Этот вариант отставили. Сам же мотор М-81, так и не дошедший до серийного производства, вскоре уступил место новому М-82.
Постепенное старение ДБ-3, который уже никак нельзя было назвать скоростным бомбардировщиком, заставило задуматься о его ночном применении и вообще о проблемах «слепого» самолетовождения. Еще до этого в состав оборудования дальних бомбардировщиков пытались включить радиополукомпас РПК-2. С ними выпускались отдельные серии или просто одиночные машины. С 25 апреля 1940 г. собирались ставить радиополукомпасы на каждый второй самолет для ВВС и каждый третий — для морской авиации (вот эта логика мне не очень понятна). С 1 июля РПК-2 требовали на всех ДБ-3Ф. Реально количество машин с РПК-2 определялось поставками их от радиопромышленности. Завод № 39 ставил их примерно на каждый третий бомбардировщик, № 18 — на каждый пятый.
Еще на ДБ-3Б началось внедрение автопилотов. Первые три самолета с ними сдали еще в октябре 1939 г. Всего за тот год их сделали 16. Перебрав много конструкций: гидравлических, электромеханических и пневматических, остановились на АВП-12 — копии американского «Сперри». Практически на всех ДБ-3Ф предусматривалась возможность его установки, но фактически монтировали их достаточно редко. В марте 1941 г. появилось решение Совнаркома о комплектации автопилотами 300 бомбардировщиков, причем 170 машин — уже во второй половине года. К этому времени ставку делали на модель АПГ-1. Но и она не стала массовой. Всю войну автопилоты на ДБ-3Ф оставались большой редкостью.
Бомбардировщик ДБ-240 (позднее переименованный в Ер-2), который должен был сменить ДБ-3 в дальнебомбардировочных полках