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. Всего сформировали пять таких корпусов по две бригады в каждом. Поначалу они имели на вооружении и ТБ-3, и ТБ-1, но постепенно четырехмоторные машины вытесняли ТБ-1 на роль учебных и транспортных.
Части и соединения тяжелых бомбардировщиков часто носили цветистые наименования, характерные для того времени. Например, «9-я бригада имени 10-го Всесоюзного съезда Ленинского комсомола». Пять входивших в нее эскадрилий носили имена Ворошилова, Кагановича, Кирова, Постышева и Косарева.
В октябре 1933 г. на Дальнем Востоке уже сосредоточили ударный «кулак» из трех бригад — 26-й, 28-й и 29-й, имевших в общей сложности 134 ТБ-3. Этому способствовала переброска из Европейской части страны целиком 11-й тбаб из Воронежа (на новом месте, в Нерчинске, она стала 29-й). В Воронеже вместо нее в 1934 г. сформировали новую бригаду с прежним номером.
Эти силы являлись серьезным сдерживающим фактором для агрессивных устремлений Японии, чьи военные очень уважительно относились к «длинной руке» РККА. Так, оценивая потенциальные потери от удара советских тяжелых бомбардировщиков по району Токио, майор Катаока пришел к выводу, что ущерб превзойдеттот, что нанесло знаменитое землетрясение 1923 г. Противопоставить ТБ-3 японцам тогда было нечего. В августе 1933 г. известный японский военный специалист Хирота даже предложил план нанесения упреждающего удара по аэродромам Приморья силами палубной авиации, не считаясь ни с потерями самолетов, ни с возможной гибелью авианосцев.
Всего за год смогли сформировать 17 тяжелобомбардировочных эскадрилий. При этом доля бомбардировочной авиации в ВВС РККА поднялась с 26% до 35%. Хотели же получить гораздо больше — из-за недовыполнения планов в 1933 г. отказались от создания шести тяжелобомбардировочных бригад. По первоначальным наметкам уже к концу того года хотели иметь 864 тяжелых бомбардировщика в сухопутной авиации и 576 — в морской.
ТБ-3 надолго остался «становым хребтом» отечественной тяжелобомбардировочной авиации. В 1934 г. ее парк начал пополняться усовершенствованными самолетами с отечественными моторами М-34. Эти машины были почти на тонну тяжелее — больший вес имели сами моторы, почти вдвое увеличили емкость маслобаков, в полтора раза стало больше воды в системе охлаждения. Бомбовое и стрелковое вооружение оставалось идентичным самолетам с моторами М -17. Только последние серии лишились подкрыльных выпускных башен. Их заменили «кинжальной» установкой в люке фюзеляжа для стрельбы вниз-назад. В люке имелись два гнезда для шкворней, но только один пулемет ДА.