В 1937 году А.А. Архангельский, будучи главным конструктором завода № 22 имени Горбунова, приступил к дальнейшей модернизации СБ. Первым делом он установил на самолет 960-сильные двигатели М-103. Летные испытания улучшенного СБбис начались в сентябре. Но при старой компоновке силовой установки с лобовым радиатором прирост скорости на высоте 4000 метров не превысил 7 км/ч. Тем не менее в октябре летчик М.Ю. Алексеев установил на модернизированном СБбис мировой рекорд, подняв 1000-кг груз на высоту 12 246 метров. Но стоило разместить водорадиаторы в тоннелях, как скорость СБ подскочила до 450 км/ч. При этом наивыгоднейшее аэродинамическое качество машины возросло до 12,75. Одновременно под крылом разместили дополнительные бомбодержатели, что позволило довести суммарную бомбовую нагрузку до 1500 кг. Емкость топливных баков самолета составила 1678 литров. Кроме этого, в перегрузочном варианте была предусмотрена подвеска под крылом двух баков объемом 720 литров.
Учитывая, что скоростные характеристики тогда считались одними из главных, машину запустили в серийное производство. Осенью 1937 года СБ с двигателями М-103 прошел государственные испытания. Контрольные же испытания серийных СБ в НИИ ВВС показали, что скорость машины по сравнению с опытным образцом снизилась и не превышала 430 км/ч. Последние серии СБ-2М-103 оборудовались турелью МВ-3 и доработанной люковой установкой. В строевых частях СБ с М-103 получил прозвище «Щука», которые впервые проверили в боевой обстановке на Халхин-Голе. В Монголии они применялись в одном строю с машинами, укомплектованными моторами М-100А, и по этой причине не могли реализовать свои скоростные преимущества, ориентируясь на худший самолет. В итоге полет проходил на высотах 4000–4500 метров со скоростью 280–300 км/ч, и зенитная артиллерия противника легко сбивала наши бомбардировщики.
Прогрев моторов бомбардировщика СБ 50-го сбап во время «зимней войны» с Финляндией
То же самое повторилось и во время войны с Финляндией, когда в одном строю летали машины как с моторами М-100А, так и М-103А. «Щуки» состояли на вооружении, в частности, 50-го скоростного бомбардировочного авиаполка (сбап).
Для переучивания пилотов на СБ в марте 1938 года был выпущен учебный вариант УСБ с открытой кабиной инструктора, расположенной в носовой части фюзеляжа.
Перед войной под руководством И.П. Толстых один из СБ с моторами М-103А превратили в летающую лабораторию, установив на него трехколесное шасси с носовой опорой. Поскольку машина предназначалась для исследований, то конструкция шасси позволяла менять ее базу. Самолет же получил обозначение СБм. Преимущества такого шасси заключается в лучшей путевой устойчивости при движении по земле, отсутствии неуправляемого разворота, возможности взлета и посадки по кривой. При этом улучшался обзор пилота вперед и полностью исключалось капотирование летательного