Pomimo doskonałych jak na tamte czasy osiągów prototypu, które badano podczas prób zakładowych w styczniu 1935 r.(prędkość maksymalna na wysokości 4000 m – 430 km/h), konstrukcja sprawiała problemy, m.in. ze stabilnością w locie; pojawiły się też problemy z flatterem skrzydeł. Z takich powodów przeciągały się próby państwowe, prowadzone od początków lutego 1935 do końca kwietnia 1936 roku.
Po zakończonym etapie prób zdecydowano, że głównym zakładem odpowiedzialnym za wprowadzenie najnowocześniejszego ówcześnie radzieckiego bombowca do produkcji seryjnej będą zakłady Nr 22 imienia Gorbunowa w Moskwie. Zakłady te produkowały wcześniej ciężkie bombowce TB-3, które miały prostszą konstrukcję i pokrycie wykonane z blachy falistej. Przy wprowadzaniu technologii pokrycia gładką blachą duraluminiową nitowaną nitami zagłębionymi napotkano duże trudności.
Pierwsze egzemplarze seryjne nazwane SB-2 wyposażone w licencyjną odmianę silnika Hispano Suiza, który otrzymał oznaczenie M-100 wykazywały się nie najlepszym wykończeniem powierzchni płatowca, a co za tym idzie również niższymi osiągami niż prototyp fabryczny (prędkość maksymalna na wysokości 4000 m – 381,5 km/h, oraz 391,5 km/h na wysokości 5000 m), jednak pomimo to uzyskały pozytywną opinie podczas prób wojskowych i zaczęto wprowadzać je do jednostek.