В. Ильюшина в кратчайший срок представить на государственные испытания второй опытный самолет ЦКБ-30 цельнометаллической конструкции, учитывающий результаты летных испытаний первой машины и полностью отвечающий тактико-техническим требованиям ВВС.
Полеты ЦКБ-26 продолжались еще довольно длительное время. 1 мая 1936 г. он был впервые публично продемонстрирован в полете над Красной площадью в Москве, 17 июля того же года В. К. Коккинаки установил на ЦКБ-26 первый советский авиационный мировой рекорд, официально зарегистрированный Международной организацией авиационного спорта (ФАИ). За первым рекордом последовала серия других мировых рекордов, продемонстрировавших выдающиеся характеристики скорости, дальности и грузоподъемности самолета ЦКБ-26, значительно превысившие уровень тогдашних мировых достижений.
Полеты второго опытного самолета ЦКБ-30, полностью вооруженного и оснащенного необходимым для боевого самолета оборудованием, начались весной 1936 г. Он успешно прошел все испытания, в августе того же года был принят на вооружение ВВС Красной Армии под обозначением ДБ-3 и запущен в серийное производство вначале на двух, а потом и на трех заводах. Одновременно для оперативного решения возникающих в производстве проблем и изыскания путей дальнейшего совершенствования самолета ДБ-3 бригада № 3 и опытный цех завода имени Менжинского были переименованы в ОКБ, главным конструктором которого стал С. В. Ильюшин.
Однако это решение было формальным, так как к моменту переименования ОКБ С. В. Ильюшина уже было организационно сформировавшимся коллективом самолетостроителей, успешно решившим очень трудную для своего времени задачу создания и внедрения в серийное производство скоростного дальнего бомбардировщика, конструкция которого обладала большими потенциальными резервами для дальнейшего совершенствования.
С двигателями М-85 при нормальной полетной массе 7000 кг с 1000 кг бомб на внутренней подвеске и полным комплектом оборонительного вооружения из трех пулеметов ШКАС с общим боезапасом 2500 патронов серийный самолет ДБ-3 развивал максимальную скорость 400 км/ч на высоте 4500м.