В 1935–1936 гг. активно велись работы по установке на выхлопные коллекторы моторов различных типов глушителей. Когда радиолокаторов еще не существовало, самолеты обнаруживали только визуально и по звуку. Звукоуловители могли выявить самолет и за пределами видимости. Уменьши шум — и дистанция обнаружения резко сократится, зенитчики противника не успеют подготовиться, истребители не взлетят вовремя. На ТБ-3 и ТБ-ЗР опробовали разные глушители. Испытывали многокамерный глушитель системы Андрианова, а также АП-10, сконструированный в СНИИ ГВФ. Последний в НИИ ВВС поставили на четыре ТБ-ЗР. Но ни один из типов глушителей не приняли на вооружение, поскольку испытания показали, что они уменьшают лишь шум от мотора, а почти половину силы звука дает винт, шум от которого убавить не удается.
Постоянно модернизировалось вооружение. На ТБ-3 сМ-17 ставили комплект наружных бомбодержателей Дер-23, Дер-25 и Дер- 26, но со сбросом только от механического Сбр-9. Эти работы начали на Дальнем Востоке с осени 1934 г. Затем на части машин появилось и электрифицированное бомбовое вооружение.
В 1937 г. три эскадрильи оснастили системой «Шутка». Это устройство по радиосигналу с ведущего самолета задействовало бомбосбрасыватели на шедших в едином строю ведомых машинах. Это позволяло осуществить сброс бомб залпом всего звена или эскадрильи. «Шутку» отрабатывали с 1934 г., затем провели войсковые испытания в 1-й ТБАБ и, наконец, внедрили в строевых частях. Но широкого распространения она не получила.
Постоянно расширялся ассортимент боеприпасов, включавший фугасные, осколочные, бронебойные, бетонобойные, зажигательные и химические. Так, во второй половине 30-х гг. к нему добавились мощная ФАБ-2000, бронебойные БРАБ-500 и БРАБ-800, а после введения на модификации ТБ-ЗРН ротативно-рассеивающих бомб — большое количество мелких осколочных и зажигательных боеприпасов.
В 30-е годы большое внимание уделялось химическому вооружению. Первоначально для ТБ-3 предусматривалось только несение химических авиабомб (в т. ч. АХ-200 и АХ-500). Для модификации ТБ- ЗР штатными являлись также выливные приборы ВАП-500 и ВАП-6К. В сентябре 1935 г. на Щелковском аэродроме на ТБ-ЗР испытывали ампульные кассеты АК-2. Они вешались на внутренние держатели Дер-9. В кассету загружалось большое количество стеклянных ампул с отравляющими веществами. Такое оружие потом широко применялось в Великой Отечественной войне, но ампулы заполнялись самовоспламеняющейся жидкостью.
С 1936 г. две тяжелобомбардировочные бригады — 16-ю (в Иваново) и 19-ю (в Полтаве), объявили «особыми химическими». Они получили комплект ВАПов на все самолеты (в обычных бригадах давали из расчета один комплект на три машины). В документах писалось только «особая», а с апреля 1937 г. в целях повышения секретности убрали и этот «довесок». Эти бригады проходили специальную подготовку, в том числе тренировки на Центральном военно-химическом полигоне в Шиханах, где поливали учебные цели вполне натуральным ипритом и люизитом. Разбрызгивание отравляющих веществ производилось с высоты около 500 м. Практика показала, что при этом заражаются и сами бомбардировщики, особенно балки Дер-26 и нижняя часть фюзеляжа. Отмечалось также самопроизвольное открывание ВАП-500 — таким манером можно было запросто окатить не только свои войска, но и какую-нибудь деревушку в глубоком тылу, где противогаза отродясь не видели.