Быстрейшему внедрению ТБ-3 в эксплуатацию придавалось очень большое значение. Алкснис еще в декабре 1931 г. разослал циркуляр, в котором говорилось: «6 1932 году к нам в ВВС поступит большое количество ТВ-3 на вооружение и в эксплуатацию. С такими большими и сложными машинами мы столкнемся впервые… Если мы немедленно не начнем готовить личный состав и, главное, приспособления и оборудование…, то встретим чрезвычайно большие затруднения…» И уже с начала года начали формироваться тяжелобомбардировочные бригады. Для них готовили аэродромы, подвозили необходимое оснащение, боеприпасы, горючее. Для этих бригад подбирали лучших летчиков, штурманов, стрелков. Группы специалистов проходили обучение в НИИ ВВС и на заводе № 22.
Еще 1 апреля 1932 г. с одним из первых серийных самолетов ознакомили в Монино командный состав ВВС Московского военного округа. Это не было случайным. Именно 17-й авиабригаде в Монино предстояло первой осваивать ТБ-3. Это соединение, вооруженное ТБ-1, уже имело опыт эксплуатации тяжелых цельнометаллических машин и можно было рассчитывать, что оно быстрее достигнет стадии боеспособности. Далее предполагалось начать формирование четырех эскадрилий 26-й бригады в Сеще и трех — 30-й в Ржеве. Далее на повестке дня стояли 11 — я бригада в Воронеже, 20-я в Харькове и 27-я в Ростове-на-Дону. Это все в европейской части страны.
На Дальнем Востоке и в Забайкалье предполагалось сформировать четыре бригады — две в Бочкарево, одну в Хабаровске и одну в Никольск-Уссурийске.
За 1-й квартал 1932 г. до строевых частей добрались лишь пять ТБ-3. Производство развертывалось медленнее, чем рассчитывали, что тормозило перевооружение ВВС. Уже изготовленные машины доделывались и переоборудовались.
В те годы основной частью ВВС являлась эскадрилья. По штату ей полагалось иметь 12 ТБ-3, а также три биплана Р-5 для тренировки и связи. Укомплектование одной тяжелобомбардировочной эскадрильи обходилось примерно в 8 миллионов рублей.
К пилотам тяжелых бомбардировщиков предъявляли очень высокие требования. Они обязательно должны были налетать значительное количество часов на Р-5 и ТБ-1, причем на последнем — на правом и левом сиденьях. Затем полагалось 18 полетов с инструктором на ТБ-3. Командирам самолетов кроме этого, предписывались длительные тренировки на правом сиденье ТБ-3 в качестве вторых пилотов. И вдобавок, командиру предъявлялось требование о наличии партийного стажа. На практике оказалось, что эта сложная и громоздкая система сдерживает освоение новых бомбардировщиков. Нужного количества пилотов, соответствующих всем требованиям, просто не оказалось. Да и тех, кого нашли, пришлось пропускать через долгую процедуру тренировок. В результате боеспособных самолетов стало существенно больше, чем подготовленного летного состава. Кроме этого, длительное обучение поглощало моторесурс и горючее. Пришлось понизить требования по налету и сократить программу тренировок, поскольку к 1 января 1933 г. требовалось по плану подготовить 200 экипажей.
Тяжелобомбардировочные эскадрильи объединялись в бригады. Бригада полного состава имела четыре эскадрильи ТБ-3 (всего 49 машин), эскадрилью «крейсеров» Р-6 (12 самолетов) для дальнего сопровождения и разведки и эскадрилью истребителей И-5 (31 штуку) для прикрытия аэродромов и эскорта близ линии фронта. Таким образом создавалась стройная структура стратегической авиации. Все это делалось впервые в мире. Бригады обычно сначала формировались из двух эскадрилий, а потом разворачивались до полного состава.
Реально на 1 октября 1932 г. в трех эскадрильях в Монино насчитывалось 10 ТБ-3, в Ржев не поступил ни один, шесть оказались в Воронеже и еще 13 перегнали по воздуху на Дальний Восток. Надо сказать, что перелет на такое расстояние в те времена выглядел достаточно сложным. Командовал перегонкой С.А. Шестаков, тот самый, который слетал в Америку на «Стране Советов». На различных этапах ТБ-3 держались в воздухе до 12–14 часов. 7 ноября два бомбардировщика 105-й тяжелобомбардировочной эскадрильи (ТБАЭ) гордо проплыли над Хабаровском в сопровождении пятерки Р-6. Но к 27 октября ВВС успели принять 93 ТБ-3, из которых один благополучно разбили в катастрофе.
На 1 января 1933 г. в рядах ВВС РККА уже числились 144 ТБ-3 и только один из них являлся неисправным. К концу года четырехмоторных машин в строевых частях стало больше, чем ТБ-1, но они пока лишь дополняли, а не вытесняли последние.
Четырехмоторные гиганты оказались достаточно устойчивы в воздухе и покладисты в пилотировании. Вот отзывы из бригад, осваивавших новую машину. «Конструкция корабля ТБ-3 в основном вполне удовлетворительна, прочна и может выдержать самые неблагоприятные условия эксплуатации, при условии увеличения надежности моторной группы». «Качество продукции завода № 22 в основном удовлетворительное, за исключением мелких дефектов».
Но и дефектов насчитали немало. «Наличие многих вмятин на обшивке, прорывов гофра, забоин, трещин около заклепок и в других местах, трещины в узлах, недотяжка болтов, отсутствие шплинтовки соединений… Бензиновые баки текут, главным образом по швам…» Краска, которой покрывали самолет, оказалась непригодной для металла — шелушилась, вспучивалась и отлетала. Инструкция по эксплуатации грустно констатировала: «…окраска, легко сползающая под влиянием дождя, а зачастую и просто в полете, не может выдержать даже бережного обмывания мягкими тряпками…» Бывали и очень серьезные случаи выворачивания узла полуоси шасси на взлете. Поэтому на последних сериях 1933 г. ставили усиленные полуоси, которые также рассылали по бригадам.
Трактора нспрользовались не только для буксировки бомбардировщиков ТБ-3, но и для подвески тяжёлых (в данном случае 250-кг) авиабомб.
Особые нарекания вызывала мотоустановка: разрушались водорадиаторы, текли и обрывались различные трубопроводы, ломались коленчатые валы двигателей. В строевых частях столкнулись и с другими неприятностями, например — трещинами в горизонтальных трубах тележек шасси. Свой вклад в эту картину внесли примитивные условия обслуживания на полевых аэродромах. Так, для того, чтобы собрать ТБ-3, в частях попросту копали огромную яму с профилированными откосами, укладывали туда секции и соединяли их болтами. Это было куда легче, чем изготовление сложной многоярусной системы козел, предписанной регламентом.
К наземному обслуживанию ТБ-3 подошли серьезно. Для него разрабатывался целый набор специализированных автомашин и прицепов, в том числе проектировалась передвижная мастерская на шасси грузовика. По первому изданному регламенту в комплект средств обслуживания ТБ-3 входили пять колесных и гусеничных машин, в т. ч. трактор «Коммунар» для буксировки бомбардировщика по аэродрому. На практике техники не хватало. При отсутствии трактора обходились 40–50 красноармейцами, толкавшими машину под руководством старшего техника, следившего, чтобы самолет не разворачивали слишком круто — можно было свернуть крепления тележек. Если трактор имелся, то потребность в «живой силе» сокращалась до 10–12 человек. Они заносили хвост самолета.
На земле ТБ-3 обслуживали пять механиков, которым хватало работы. Заправка только одного бензобака (с применением пневматики) занимала три с половиной часа, а баков стояло четыре — самолет потреблял до 360 л топлива в час. В систему охлаждения каждого мотора надо было влить 10–12 ведер воды (зимой — горячей). Моторы по инструкции полагалось заводить сжатым воздухом от аэродромного баллона. А если его под рукой не имелось, обходились резиновой петлей на длинной палке, которую дергали человек пять. Иногда к такому приспособлению припрягали лошадь. Храповики для автостартеров на втулках винтов ввели значительно позже.
На 1933 г. ВВС первоначально заказали 350 ТБ-3, затем под давлением представителей промышленности ограничились 300 машинами. По планам за год предстояло сформировать 22 эскадрильи, для чего требовалось 264 бомбардировщика. На практике в 1933 г. заводы выпустили 307 ТБ-3. Это позволило насытить бомбардировщиками ВВС, фактически впервые в мире создав крупные соединения стратегической авиации — бомбардировочные авиакорпуса (БАК). Всего сформировали пять таких корпусов по две бригады в каждом. Поначалу они имели на вооружении ТБ-3, и ТБ-1, но постепенно четырехмоторные машины вытесняли ТБ-1 на роль учебных и транспортных.