Несколько перекомпоновали кабину и пассажирский салон, предусмотрели замену колес на отечественные, большего размера, спроектировали амортизационные стойки, рассчитанные на большую нагрузку.
Вопреки первоначальным ожиданиям, в 1938 г. ни одного самолета собрать не удалось. Первая машина вышла из цехов завода № 84 только летом 39-го. После непродолжительных заводских испытаний ее передали в НИИ ГВФ на государственные. Самолет, долго фигурировавший в документах просто как «Дуглас», теперь именовался ПС-84. Испытания шли с 3 сентября по 17 декабря. Совершили 166 полетов, налетав 73 часа 45 минут.
Прямо с испытаний самолет отправился на фронт, к финской границе. Всю зиму на нем перевозили раненых в тыловые госпитали. По уточненным данным НКАП, серийное производство ПС-84 требовалось развернуть в 4-м квартале 1939 г.: два самолета нужно было сдать в октябре, два — в ноябре и три — в декабре. Заказчиком всех их являлись ВВС. Реально сдали шесть. Еще 20 машин военные заказали на следующий, 1940 г.
Все первые «дугласы» имели значительную долю американских деталей. Например, на них стояли колеса «Бендикс» размером 1143x432 (основные) и 559x229 (хвостовое) с американской же резиной, часть электрооборудования, винты Гамильтон ЗЕ50 (взаимозаменяемые с отечественными ВИШ-21), радиополукомпасы Фэрчайлд С-7.
Но ВВС РККА хотели иметь не обычные пассажирские машины, а специальные военно-транспортные. Первый проект таковой был представлен Сеньковым в июне 1939 г. 29 июля постановление Комитета Обороны потребовало от завода в декабре выставить на государственные испытания опытный образец этого варианта. В ноябре один из первых серийных ПС-84 переделали в транспортно-десантный ПС-84К и провели заводские испытания, но при перегонке 4 января 1940 г. в НИИ ВВС машина потерпела аварию. На заводе срочно изготовили дублер. На этот раз на заводе летных испытаний не было, государственные в НИИ ВВС совместили с заводскими. Они начались 11 мая. Летали пилот капитан Предейн и штурман майор Марин-Федоров.
От серийных пассажирских машин ПС-84К отличался усиленным полом салона, широким люком с левого борта, с открывающейся вверх крышкой, наличием подъемного крана для облегчения погрузки тяжелых грузов. 26 десантников сидели не так как пассажиры в ПС-84, и не как в американском С-47 — по бортам, а на лавках вдоль оси машины, спина к спине. В отдельном кресле располагался командир десанта, у места которого сделали разъем для подключения к СПУ. При перевозке грузов все сиденья снимались. Внутренний объем фюзеляжа позволял разместить 10 бочек с горючим, две 45-мм пушки с передками или одну 76-мм. Можно было перевозить бидоны с маслом, авиамоторы, боеприпасы.
Предусматривалась и внешняя подвеска грузов. Специальный мост крепился под центропланом. На бомбодержателях Дер-19 и Дер-31 размещались разнообразные грузы — парашютные мешки ПДММ, бензобаки ПДББ емкостью от 100 до 400 л, универсальные короба (под 300 кг груза каждый). Сброс осуществлялся с помощью электросбрасывателя ЭСБР-3; стоял и запасной механический АСБР. Мост был съемным, пятеро рабочих ставили его всего за 7 минут.
Суммарная полезная нагрузка у ПС-84К равнялась 2400 кг — на 400 кг больше, чем у обычного ПС-84.
Госиспытания ПС-84К прошел удовлетворительно, и его рекомендовали на вооружение ВВС РККА. При этом потребовали устранить выявленные недостатки — изменить положение левой двери (встроенной в крышку грузового люка), застелить пол резиной, сделать сиденья десанта откидными, установить вооружение («не менее 2 пулеметов»), предусмотреть для десантников привязные ремни. Двигатели при температуре ниже 10 градусов мороза на маневрировании остывали — потребовали зимние жалюзи, а заодно надеть кок на втулку винта (на первых ПС-84 коков не было, как и на DC-3).
31 мая самолет на Центральном аэродроме демонстрировали наркому Ворошилову.
В ходе войсковых испытаний 17–18 июня с ПС-84К проводилось десантирование бойцов 201-й воздушно-десантной бригады на аэродроме Рельбицы под Ленинградом. Парашютисты покидали самолет через обе двери — левую и правую, за 12–14 секунд. Посадка десанта занимала около полутора минут. В выводах отчета записано: «Самолет ПС-84-К в десантном варианте значительно лучше самолета ТБ-3…»
Второй военной модификацией советского «Дугласа» являлся санитарный ПС-84И. У него убрали перегородку между салоном и багажным отсеком, получив большое пространство, где в три яруса стояли носилки. Всего машина брала на борт 18 лежачих, трех сидячих больных и одного санитара. Опытного образца ПС-84И не существовало, но по такому варианту переоборудовали около десятка купленных в США DC-3 разных серий, использовав их во время боевых действиях на Халхин-1оле и на финском фронте. Во время войны с Финляндией в санитарный превратили и первый ПС-84.
Из сохранившихся документов следует, что планировали как строить ПС-84К для ВВС (причем и с вооружением, и без), так и переоборудовать в них при необходимости обычные пассажирские ПС-84, заранее предусмотрев такую возможность. Начальник НИИ ВВС А. И. Филин в июле 1940 г. писал: «Все самолеты. ПС-84 следует строить со всеми изменениями, необходимыми для переоборудования их в военные варианты…»
Вообще к лету 1940 г. концепция формирования советской военно-транспортной авиации кардинально изменилась. Раньше, в мирное время ее как таковой фактически не существовало. Имелась лишь эскадрилья особого назначения под Москвой, частично выполнявшая транспортные функции, и малочисленные транспортные авиаотряды в округах. В случае войны собирались мобилизовать все подходящие самолеты из гражданского воздушного флота. Но к началу 40-х годов уже накопленный опыт военных кампаний привел ВВС к необходимости иметь собственную транспортную авиацию, со специальной техникой, экипажами, подготовленными для переброски войск и воздушных десантов. Руководство ГВФ пыталось отстоять выгодный для него старый подход и даже требовало передать гражданской авиации все DC-3, имевшиеся у военных. Однако новая концепция победила.
Но самолетов для этого нужно было много. Только ВВС в октябре 1939 г. оценивали свои потребности в 510 машин, а к январю 1943 г. хотели довести парк до 815 «дугласов». Росли и аппетиты «Аэрофлота», который к этому времени выпустил DC-3 на все международные и наиболее важные внутренние линии.
Производительности маломощного завода № 84 для этого, безусловно, не хватало. НКАП первоначально дал ему план на 1940 г. всего в 20 самолетов. Для увеличения выпуска ПС-84 предприняли ряд срочных мер. В план внесли модернизацию предприятия в Химках с доведением его производительности до 500 машин в год и строительство нового завода в Ташкенте, который должен был параллельно строить ПС-84 и ДБ-Зф. 11 января 1940 г. появилось постановление Комитета Обороны о внедрении «Дугласа» на заводе № 124 в Казани (ему дали план в 100 машин), но реально на этом предприятии из-за восстановления производства ТБ-7 (Пе-8) изготовили только 10 самолетов. Заводу № 84 срочно выделили новые станки, специалистов, дополнительные средства на развертывание работ и уже со 2-го квартала 1940 г. резко подняли план.
Самолеты выпуска конца 1940 г. — начала 1941 г. отличались внешне коками с храповиками под автостартер, лобовыми зимними капотами, а внутри — практически полным переходом на отечественные приборы и оборудование. Теперь на всех машинах стояли советские винты, радиополукомпасы РПК-2, советские колеса 1200x450 (основные) и 600x250 (хвостовое). Новые колеса начали монтировать с самолета № 316. Более того, нашу резину стали ставить и на DC-3. Морозной зимой 1939-40 годов на последних часто лопались камеры. Одновременно на американских самолетах заменили уплотнения гидросистемы, которые текли уже при 20 градусах ниже нуля. Вес пустого ПС-84 после внесения ряда мелких изменений поднялся с 7060 до 7200 кг.
За 1940-й успели собрать 64 машины (приняли 51), подавляющее большинство из них пошло в ГВФ. Пассажирский ПС-84 имел экипаж из пяти человек: двух пилотов, радиста, борт — механика и стюардессы. Последняя первоначально именовалась «буфетчицей». В салоне размещался 21 пассажир, но при максимальной заправке горючим на борт брали только 13 человек.