На пути к Омску ледяной панцирь буквально сковал машину, и она «посыпылась» вниз, потеряв почти 5000 м. Лишь на 1000 м Нестренко удалось вывести «Украину» в горизонтальный полет. Но беда, как известно, одна не приходит. Отключился левый двигатель, а на одном моторе даже в тепличных условиях самолет шел со снижением. Стали искать подходящее для посадки место, когда на высоте около 50 м остановившийся мотор ожил. Видимо, оттаял замерзший карбюратор.
За Уралом погода начала улучшаться, и появилась надежда, что самое тяжелое позади, но по радио сообщили, что в районе Москвы туман, осадки, а по маршруту дожди и облачность до 100 м…
Тем не менее экипаж торжественно встретили в Москве, но вскоре о перелете и отважных женщинах забыли. Н.И. Русакова перешла на работу в НИИ ВВС. Мария Георгиева Михалева прошла всю войну, летала на бомбардировщиках в женском полку, а судьба М.П. Нестеренко оказалась печальной. Вскоре после перелета ее назначили заместителем командира авиационного полка особого назначения, но весной 1941 года года арестовали ее мужа, Героя Советского Союза генерал-лейтенанта Павла Рычагова, занимавшего пост заместителя наркома обороны и начальника Главного управления ВВС. А спустя два месяца очередь дошла и до Нестеренко…
ДБ-3 стали поступать в строевые части ВВС весной 1937 года, и первыми их освоили экипажи 45-й авиаэскадрильи 23-й тяжелобомбардировочной авиабригады, дислоцировавшейся в подмосковном Монино. Освоение новой техники началось с неприятностей. Первую машину завод № 39 сдал заказчику в конце февраля, и ее перегнали в Монино. А вторая попала в аварию. Произошло это 4 марта. Вскоре после взлета с Центрального аэродрома столицы на высоте около 50 м «обрезали» оба мотора, и самолет, лишенный тяги, спланировал на крышу двухэтажного дома в селе Всехсвятском. Лишь по счастливой случайности обошлось без жертв.
Остальные четыре ДБ-3 начали осваиваться экипажами 45-й авиаэскадрильи, прошедшими переподготовку на соседнем аэродроме около железнодорожной станции Томская (ныне Чкаловская). Однако завершить войсковые испытания довелось экипажам соседней 90-й эскадрильи, летавшим до этого на ТБ-3 последней модификации с моторами АМ-34РН. Впрочем, слово «завершить» не очень подходит, поскольку из шести машин, предназначавшихся для войсковых испытаний, потеряли пять, включая две катастрофы.
В октябре 1937 года в Монино поступило еще пять ДБ-3, которые, несмотря на многочисленные дефекты, все же осваивались экипажами строевых частей.
27 мая 1938 года председатель Комитета Обороны при СНК СССР В. Молотов и секретарь Базилевич подписали постановление «О формировании двух отдельных авиационных армий». Откуда следовало:
«1. Для выполнения особых задач сформировать дополнительно две отдельных авиационных армии, установив следующую организацию и состав: каждая армия состоит из 4-х полков, полк 62 самолета, а всего в армии с армейским управлением – 247 самолетов.
2. Полки авиационной армии комплектовать только самолетами ДБ-3 и ТБ-7. Перевооружение соответствующей материальной части на ДБ-3 и ТБ-7 производить по мере поступления их от промышленности.
3. Реорганизовать 1-ю отдельную авиационную армию в соответствии с пунктом 1-м настоящего постановления.
4. Авиационные армии в мирное время дислоцировать:
1-ю отдельную авиационную армию – Монино, Курск, Орел.
2-ю отдельную авиационную армию – Воронеж, Новочеркасск, Запорожье, Полтава…
6. Народному Комиссару оборонной промышленности Кагановичу М.М.:
а) принять немедленные меры для ускорения производства самолетов ТБ-7, для чего снять с производства самолеты ДБ-А….».
Основной дальний бомбардировщик ВВС Советского Союза ДБ-3 считался в те годы новым самолетом во всех отношениях, но к концу 1930-х годов по скоростным характеристикам стал устаревать. ДБ-А, запущенный в серийное производство на заводе № 124, опоздал своим появлением и, кроме дальности полета, также не соответствовал предвоенным требованиям ВВС, а ТБ-7 еще только испытывался и нуждался в серьезной доводке. В этой ситуации ДБ-3 оказался единственным реальным кандидатом на роль дальнего бомбардировщика.
Эксплуатация ДБ-3 в Забайкалье и на Дальнем Востоке заставила обратить повышенное внимание на работу двигателей зимой. Моторы следовало не только вовремя запускать, но и соблюдать их тепловой режим в полете. Добиться этого удалось лишь после внедрения лобовых жалюзи на капотах двигателей. Причем на каждом предприятии конструкторы шли своим путем, но самое удачное техническое решение предложили конструкторы завода № 126. Их после войсковых испытаний в 8-м дбап и сравнительных испытаний в НИИ ВВС рекомендовали в качестве образца для всех предприятий.