W grudniu 1936 samolot ukończył próby z nowymi silnikami M-100A osiągającymi moc 860 KM. Dzięki temu uzyskano wzrost prędkości maksymalnej do 423 km/h, poprawiła się także prędkość wznoszenia na pułap 4000 m z 9,4 do 6,4 minuty. Wersja ta otrzymała oznaczenie SB-2 M (lub SB-2 M-100A od zastosowanej jednostki napędowej).
Eksploatacja i rozwój Wprowadzono ją na szerszą skalę do jednostek wojskowych, brała też udział w wojnie domowej w Hiszpanii oraz w Chinach, gdzie szybko wyszła na jaw istotna wada bombowca: projektanci, chcąc zmniejszyć opory aerodynamiczne, zaprojektowali opływowe stanowisko strzeleckie dla strzelca – radiotelegrafisty, którego owiewkę trzeba było unieść przed rozpoczęciem ostrzału. Zajmowało to nieco czasu, dodatkowo, zarówno pole widzenia, jak i pole ostrzału dalekie było od optymalnego. O ile na początku lat 30. taki kompromis mógł wydawać się zrozumiały – prędkość bombowca dawała mu duże szanse na ucieczkę i utrudniała przechwycenie przez ówczesne myśliwce – o tyle w konfrontacji z nowoczesnymi myśliwcami drugiej połowy lat 30., jak Messerschmitt Bf 109, których prędkość maksymalna znacznie przewyższała prędkości osiągane przez SB stała się przyczyną ponoszonych strat.