ТБ-3 с моторами М-34Р в документах иногда именовали ТБ-3Р. Машины этой модификации в 1934–1935 годах выпускались заводом № 22. Выпуск самолетов сдерживался нехваткой турелей, радиаторов, бомбосбрасывателей; субподрядчики поставляли некондиционные тормозные колеса. Тем не менее из 150 ТБ-3Р, заказанных к 20 декабря 1934 года, завод закончил сборку 131 машины, 109 из которых уже облетали. А вот сдали значительно меньше — 55 самолетов — военную приемку не проходили недоукомплектованные машины. Доходило до того, что с уже облетанного бомбардировщика снимали винты, чтобы поставить на машину, только выходившую из цеха. Между представителями заводов, летчиками и военной приемкой разворачивались невидимые сражения, со своими резервами, тактикой, неожиданными ударами…
В марте специальная комиссия обследовала все ТБ-3Р, сданные, но еще не отправленные с завода. Из 27 осмотренных машин повреждения нашли на 16. УВВС запретило полеты во всех трех бригадах, успевших получить новую технику, — в Кречевицах, Едрове и на базе академии. Приостановили приемку самолетов на заводе и перегонку в части уже сданных. К ответу призвали ЦАГИ. Прибывшему на завод В. М. Петлякову пришлось признать ошибочным расчет на прочность узлов вертикального оперения. Оперение усилили, и бомбардировщики вновь пошли в войска. Неприятности с хвостовым колесом стали наблюдаться реже, но еще бывали.
Неисправности, постоянно возникавшие в большой и сложной машине, лихорадили и ВВС, и завод, постоянно что-то переделывавший на уже готовых самолетах. К 10 мая 1935 года завод отставал от плана на 23 бомбардировщика ТБ-3. Самолеты получались дорогими — каждый обходился более чем в четверть миллиона рублей.
К этому времени появились целые бригады, вооруженные ТБ-3Р, такие как 9-я ТБАБ. Много бомбардировщиков было отправлено на Дальний Восток и в Забайкалье, где периодически обострялись отношения с японцами. Спецификой ведения там военных действий являлись зимние холода. На Дальнем Востоке эти машины работали зимой при температуре до 50 градусов мороза. У ТБ-3 первых серий с моторами М-17 на морозе загустевала, а иногда даже затвердевала смазка, что затрудняло запуск двигателей. Вода в сильные холода ухитрялась замерзать в системе охлаждения даже работающих моторов (!), и двигатель заклинивало от перегрева…
Боеспособность частей, вооруженных ТБ-3Р, поначалу также страдала от некомплектности оборудования и его низкого качества. Фиксировали большой процент отказов и плохой работы радиостанций. По-прежнему не хватало бомбовых прицелов. Например, в 23-й ТБАБ из 36 машин прицелы имелись только на семи.
Конечно, такая ситуация Туполева не устраивала. Большую часть рабочего времени он тратил на звонки смежникам и руководству — просил и ругался, ругался и требовал… «Я превращаюсь в Цербера, — жаловался он Архангельскому, — уже забыл какой на ощупь карандаш!»
За 1935 год выпустили всего 74 самолета, все модификации ТБ-3Р. В этот период количество четырехмоторных бомбовозов в ВВС РККА достигло своего пика — ими полностью или частично были вооружены 36 эскадрилий. Во время первомайского парада 1935 года над Москвой прошли 72 туполевских гиганта.
В общей сложности изготовили более двухсот ТБ-3Р. Десять парадных машин были построены в 1934 года на заводе № 22 и предназначались для перелетов в Варшаву, Рим и Париж. Собирали их по особому заказу, и машины отличались улучшенной аэродинамикой (зализами стабилизатора и киля, улучшенными капотами моторов) и отделкой. Вооружения они не имели. Зато в бомбоотсеках стояли обитые бархатом диваны. Колеса в тележках смонтировали тормозные, спицы передних колес прикрыли колпаками. Самолеты покрасили в белый цвет и нанесли гражданские регистрационные номера, повторявшие заводские.