Однако в начале 1939 года бомбардировщик Пе-2 еще попросту не существовал, и, следовательно, таким образом вопрос ставиться не мог. Да и начальник НИИ ВВС генерал-майор А.И. Филин, весьма скептически относившийся к истребителям Яковлева, в связи с чем вряд ли вызывавший особые симпатии у замнаркома, едва ли был упомянут им в этом эпизоде случайно.
Новая серия испытаний самолета после некоторых доработок проходила с 6 марта по 30 апреля 1938 года. 26 июля 1938 года совершил первый полет и второй опытный образец-«дублер».
Самолет был рекомендован к серийному выпуску на заводе № 124 в Казани. Однако обнаружилось, что не решен вопрос с серийным выпуском ключевого элемента силовой установки – агрегата АЦН-2. Одновременно с этим при принятии самолета на вооружение было принято решение об изменении состава оборонительного вооружения, которое теперь составляли 7,62-мм пулеметы ШКАС.
Лишившись главного достоинства – способности действовать на больших высотах при высокой скорости полета, в сочетании с ослаблением вооружения, из выдающейся для своего времени боевой машины, согласно замыслу, ТБ-7 фактически превращался в достаточно рядовой бомбардировщик.
В начале 1940 года производство ТБ-7 было прекращено, построить успели всего шесть самолетов, в том числе только четыре с агрегатами АЦН-2. На двух машинах были установлены новые двигатели АМ-35, но без АЦН.
Однако командование ВВС настаивало на нужности тяжелого бомбардировщика, и в том же 1940 году было принято постановление о возобновлении серийной постройки ТБ-7, но с новыми двигателями: авиационными дизелями типа М-30 и М-40, созданными А.Д. Чаромским[38] и привлекавшими руководство своей высокой экономичностью.
С 16 января по 20 февраля 1941 года ТБ-7 4М-40 проходил государственные испытания в НИИ ВВС, продемонстрировав скорость у земли 345 км/ч, на высоте 5680 м 393 км/ч, потолок 9200 м при времени набора этой высоты 49 мин. По итогу испытаний был сделан вывод, что летные данные самолета соответствуют требованиям, однако винтомоторная группа требует доработки.
Другим новым «сердцем» ТБ-7 стали усовершенствованные двигатели Микулина АМ-35 и АМ-35А взлетной мощностью 1350 л.с. Данные бомбардировщика с этим мотором по итогам испытаний, завершившихся уже в первые дни войны, были равны: скорость у земли 347 км/ч, на высоте 6366 м 443 км/ч, потолок 9300 метров и время его набора 43,5 мин.
В июне 1941 года в строю ВВС РККА числилось девять ТБ-7, из них пять боеготовых. Еще некоторое число выпушенных самолетов не было принято ВВС.