В ходе испытаний механики эскадрильи извели три кило заклепок, залатали шесть бензобаков, поменяли три полных комплекта целлулоида остекления и дважды поставили новые костыльные колеса на всех бомбардировщиках.
В ходе войсковых испытаний произошли две катастрофы и пять аварий. В итоге из всей пятерки к 1 октября остался одни исправный ЛБ-3. С ним эскадрилья приступила к дополнительным войсковым испытаниям. Эскадрилье добавили еще пять машин из 2-й серии. 3 октября первую из них расколотили при посадке в Монино. Летчик был не виноват. По словам очевидцев, в течение всего пробега медленно сгибался подкос левой стойки шасси, пока она не сломалась. Такой же случай примерно в это же время произошел и с заводским испытателем. 10 октября пришлось списать еще один ДБ-3 – летчик опять не справился с разворотом при взлете. Дополнительные испытания не закончили – заместитель начальника ВВС Я.В. Смушкевич распорядился сдать все еще целые ДБ-3 обратно на завод Л? 39 «для подготовки к выполнению особого задания». По-видимому, именно эти самолеты использовали потом на трассе Алма-Ата – Ланчжоу.
Два ДБ-3 остались в НИИ ВВС. Там они летали вместе с опытным ЦКБ-30. Например, в июле-августе 1937 г. эти три машины участвовали в испытаниях на дальность. Военных интересовала реальная дальность полета ДБ-3 с различной бомбовой нагрузкой. Экипажи НИИ ВВС выполнили ряд беспосадочных перелетов, в том числе Чкаловская – Поти – Быково, Чкаловская – Ейск – Чкаловская. Почти одновременно с этим Коккинаки на ЦКБ-26 установил рекорд скорости полета на трассе Москва – Севастополь – Свердловск – Москва. А в сентябре Коккинаки совершил перелет Москва – Баку – Москва с бомбометанием в Каспийском море. Таким образом, боевой радиус действия ДБ-3 был практически подтвержден.
Одни из двух серийных самолетов, № 3039008, использовали в попытке поставить рекорд скорости на кольцевом маршруте с нагрузкой 2000 кг. Его взлетный вес был запредельным – 11350 кг. Трассу полета определили как Москва – Севастополь – Свердловск – Москва. Экипаж состоял из пилота Нюхтнкова и штурмана Бряндинского. Вылетели в темноте. Поскольку самолет не имел фар. освещение организовали подручными средствами. Вдоль полосы выставили две цепочки ламп «Летучая мышь», в начале – прожектор. а на разбеге дорогу подсвечивали две «эмки», мчавшиеся пол крыльями (пока не отстали метров через пятьсот).
В 1937 г. производство новых бомбардировщиков только разворачивалось. Окончательный эталон для серии еще не установился. Конструкторы должны были устранить дефекты, выявляемые в ходе испытаний. ДБ-3 был технологически сложен, цикл сборки одной машины первоначально занимал до месяца.