中国空军的 DB-3，编号 9226
库利申科编队最成功的作战是 1939 年 10 月 3 日轰炸汉口机场，该机场在敌纵深，SB 的作战半径不够，日军也没料想中国会用远程轰炸机出击。汉口机场是日军设立的海航机场，代号“W 基地”，日陆航也有使用。当天该基地准备接收本土运至的新式轰炸机，并有日海军舰队司令部代表和汉口伪政权代表出席交接仪式。九架 DB-3 保持无线电静默以紧密楔形编队飞至目标上空，此时仪式正在进行，机场上的日机机翼对机翼排成四排，在 8,700 米高空苏联飞机倾泻了其混合挂载的高爆弹、杀伤弹和燃烧弹。据机组报告，大部分的炸弹沿着日机纵列爆炸，弹片火焰抛向四面八方，炸毁烧毁不少飞机。日军高炮始终没有开火，只有一架战斗机在巨大火焰下起飞，飞行员是后来著名王牌坂井三郎，但他也无法赶上返航的 DB-3。日军将轰炸机误判为 SB，非常惊讶于其出现在该地。苏机战果是炸毁 64 架飞机，炸死 130 人，炸伤 300 人，机场燃料足足烧了三个小时。日本资料来源证实损失 50 架飞机，冢原少将断臂，鹿屋航空队司令大林末雄受伤，石河、小川两中佐毙命，为此损失。日军宣布了哀悼期，机场指挥官被军法枪毙。
中苏飞行员在 SB-2 前合影
10 月 14 日 DB 又轰炸了该机场。12 架 DB-3 在库利申科的指挥 下飞抵目标，但刚刚投掷完炸弹，日本战机就拦截了他们。三架 DB-3 受损，库利申科受伤，他的轰炸机飞到万县，在长江水面迫降。库利申科因伤 未及逃离飞机，其余两名机组获救，该机后来被打捞并修复。在这次轰炸中有 36 架日机被炸毁。不久苏机又第三次轰炸了该机场，日本的损失（据苏联报导）加上前两次多达 136 架 之多。
为遏制日军的空袭，苏机在 10 月 31 日轰炸运城机场，但这次行动彻底的失败了。 运城机场在日军前线后 21 至 32 公里的地方，已处于从成都起飞的 DB-3 的极航程极限。据中国情报多达一百架日本飞机已经集中在运城 ，目标看起来很诱人。在没有进行空中侦察的情况下，苏联航空顾问 Anisimov 就下达命令，所有能飞的 DB-3 轰炸该处，他 本人也参加行动，在 KOZLOV 座机的炮手位置。由于恶劣的天气，DB-3 编队迷航，要命的是各机组都没有沿途备降机场的资料。没有人飞到运城机场 ，他们降落在任何可迫降的地方。具体的损失报告现已不可寻，但根据发往莫斯科所要零部件的清单，得出结论有约有 10 架 DB-3 丧失作战能力。
在作战的同时，也对中国飞行员进行了 DB-3 的培训。1939 年 9 月 八大队 10 和 14 中队的人员抵达成都，大队长徐焕升和一些飞行员有 SB 的飞行经验，但大多数飞行员只是在早些时候飞过美制 Vultee v-11 型攻击机，没有双发飞机飞行经验。培训的另一个困难在于 DB-3 的导航员位置没有完善的第二套 操纵系统，导航员的可拆卸操纵杆被设计用来减轻远程飞行时飞行员的负担（时常发生作战返航时飞行员已耗尽体力的情形），非常简陋；同时也没有 油门杆，前视野又被机枪阻挡（中国飞行员很不习惯）。即使这样，到 1940 年春，他们也培训出约 45 名中国飞行员。最初中国导航员和炮手开始在混合机组中飞行， 后来组成全中国人的机组独立作战。1940 年 2 月 10 中队开始操作 DB-3，1940 年 5 月苏联志愿队向 6 中队移交最后 11 架 DB。 但是中国空军并不擅长使用远程轰炸机，举例来说 6 中队年底完成的 30 个战斗架次中有 10 月在被占领的北京空投传单任务。11 月 18 日中队又一次回到成都追加培训 ，第 9 和第 11 中队也被派到成都希望改装 DB，但后来装备了 SB。据苏联教官回忆，中国机组没有经过系统的作战训练，飞行时数很少，而且并没有掌握高空飞行技术。
许多经过训练的中国 DB-3 机组的损失对作战很不利，1940 年 10 月 4 日 6 中队的中国机组驾驶一架 DB-3 按警报起飞避敌，由于耐心不够过早返回太平寺基地被日机击落；1941 年 1 月 2 日十四中队 中队长李长雄和他的机组人员在成都上空坠机全部丧生；1941 年 2 月 13 日，第 8 大队副大队长梁国章飞行训练时发动机故障，试图迫降在简阳地区，飞机坠毁起火燃烧 ，机组无一生还；1941 年 6 月 18 日，一获警报起飞疏散兰州的 DB-3 意外坠毁，飞行员孟宗皋和他的领航员和报务员牺牲；1941 年 10 月 1 日在长途飞行嘉峪关地区的训练中，DB-3 六中队 中队长周诗云机组失踪。
1940 年一开始，苏联与中国的关系进一步恶化。原因是国民政府已经停止向共产党第八路军和新四军的供应， 这使苏联领导人非常不高兴，大幅削减军事援助。或许根本原因是苏联面对德国的压力而不得不调整和日本的关系。依然保留苏联顾问，但苏联飞行员不再 直接参战，苏联还是持续向中国供应飞机。1941 年 6 月最后一架飞机被移交给中国，从 1941 年开始的向中国交付飞机中包括 SB 轰炸机最后一个系列，装备 M-103 发动机和 MV-3 炮塔，中国称其为 SB-3，相应装备 M-100 发动机的 SB 飞机中国称为 SB-2。在 新疆哈密第一大队首先装备新机，一大队第二中队全部换装 SB-3，第一中队是 SB-2 和 SB-3 混合装备。3 月中旬开始，第 6 大队也在哈密接收了 30 架新 SB ，并在嘉峪关展开训练，5 月该大队被解散，装备充实到其它单位。6 中队也分到三架 SB，该部队仍有数架有战斗力的 DB-3。
SB-3 三面图
另外还组建了第 12 大队，由第 45、46 和 47 中队组成，全装备 SB。该大队补充的人员都来自成都航校第一届毕业生。第 12 大队其组建命令在 1940 年 12 月 16 日发布，次年 1 月于邛徕 正式成立，3 月初收到了其装备（14 架 SB-2 和 3 架 SB-3）。6 月 1 日日机轰炸昭通机场，该大队被毁四架 SB。该大队从 参战，一直留在后方。1944 年降级为一个辅助单位，同年 10 月解散。