Самолет должен был вмещать до десяти бомб по 100 кг и на наружной подвеске – три бомбы калибра 250 кг, или 500 кг, или одну 1000-кг, или три выливных авиационных прибора ВАП-500 для отравляющих жидкостей.
В носовой части фюзеляжа предписывалось разместить пулемет ШКАС с 500 патронами, а на средней и верхней установках – по одному УльтраШКАС с 1500 патронами. При этом нижнюю люковую установку предписывалось снять.
Бензобаки, вмещавшие 800 кг горючего, следовало оснастить протекторами из резины и оборудованием заполнения углекислотой.
При полных баках горючего с бомбовой нагрузкой 1000 кг максимальная скорость над целью задавалась не менее 475 км/ч. Потолок – 10 000 м, дальность при скорости 325–350 км/ч на высоте 7000 м – 4000 км.
Экипаж – три человека. Машины следовало укомплектовать автопилотом типа «Сперри» и радиополукомпасом «Чайка».
Второй экземпляр ДБ-3 с М-88, но с деревянным фюзеляжем предписывалось предъявить на государственные испытания 15 октября 1939 года с теми же данными, что и ДБ-3 с металлическим фюзеляжем.
НИИ ВВС должен был закончить государственные испытания первого экземпляра ДБ-3 и дать заключение не позднее 5 сентября, а второго – 15 ноября 1939 года.
В ходе проектирования машины серьезные изменения претерпели планер, шасси и топливная система машины. Прежде всего облагородили аэродинамические формы машины, изменив носовую часть фюзеляжа. Возросла площадь крыла при одновременном снижении относительной толщины его профиля. За счет уменьшения размаха элеронов удалось увеличить площадь посадочных щитков, что в совокупности с возросшим углом их отклонения сократило посадочную скорость и пробег. Одновременно упростилась, с применением плазово-шаблонного метода, сборка как отдельных агрегатов, так и всей машины. Металлические топливные баки заменили мягкими с системой заполнения нейтральным газом от бортового баллона.
Ожидалось, что самолет с новыми двигателями М-88 сможет развивать скорость 485–500 км/ч на высоте 7000 м. Однако на практике все получилось иначе. На первой машине, кстати, как и на ЦКБ-26, фюзеляж сделали деревянным, а двигатели оставили старые – М-87Б. В такой конфигурации первый полет ДБ-3Ф состоялся 21 мая 1939 года.
После начального этапа государственных испытаний, завершившегося 27 сентября 1939 года, машину вернули на завод для замены двигателей на М-88, но испытания она так и не выдержала из-за дефектов маслосистемы моторов.
В июне 1940 года на государственные испытания поступил ДБ-3Ф № 390204 с новыми стрелковыми установками: верхней МВ-3 и нижней МВ-2 вместо верхней СУ и люковой ЛУ. МВ-3 обеспечивала лучшую маневренность пулемета за счет меньших усилий, а МВ-2 с оптическим коленчатым прицепом усиливала оборону от атак истребителей снизу.