Prototyp zmodernizowanego samolotu z silnikami M-88, oznaczony CKB-30F, oblatano 21 maja 1939 (pilot Władimir Kokkinaki). Nowe silniki były jednak jeszcze niedopracowane i przegrzewały się, dlatego do prób państwowych, prowadzonych między 31 sierpnia a 18 września 1939 roku, skierowano przejściowy wariant samolotu z dotychczasowymi silnikami M-87B i śmigłami, stosowanymi w późnych seriach DB-3B. Osiągnął on na próbach prędkość 445 km/h – tylko o 6 km/h większą niż DB-3B. Zbiegło się to w czasie z wybuchem wojny w Europie i inwazją ZSRR na Polskę. Nie czekając na pozytywne ukończenie prób i dopracowanie konstrukcji, lotnictwo wojskowe zaakceptowało w październiku tę wersję, z uwagi na znaczny niedobór bombowców dalekiego zasięgu. Pierwotnie wymagania zakładały rezygnację z dolnego stanowiska strzeleckiego i pozostawienie tylko pojedynczych karabinów maszynowych z przodu i w wieżyczce grzbietowej, przy załodze trzyosobowej, lecz lotnictwo ponownie zażądało instalacji dolnego karabinu maszynowego, co wprowadzono w trakcie produkcji na początku 1940 roku. Do jego obsługi doszedł później czwarty członek załogi.