В боевых действиях самолеты СБ-2 впервые приняли участие во время гражданской войны в Испании. Всего испанским республиканцам было поставлено морем двести десять СБ-2, первые машины поступили в октябре 1936 года. Поставки этих самолетов сразу же сказались на соотношении сил воюющих сторон: превосходство по маневренности и огневой мощи над большинством самолетов истребительной авиации крайне затрудняло борьбу с ними. После окончания гражданской войны моторы Климова на некоторых из поставленных в Испанию самолетов заменили на 12Ybr «Испано-Сюиза» французской постройки, и они до середины 40-х годов продолжали состоять на вооружении, сначала в строевых частях, а позднее в учебных авиаэскадрильях.

Когда в июне 1941 года началась Великая Отечественная война, самолеты СБ-2 составляли около 94 процентов боевого состава советской бомбардировочной авиации. Сразу после вторжения германской армии самолеты СБ-2 стали привлекаться к нанесению ударов по объектам противника, находившимся на территориях бывших союзников СССР. С их помощью в конце июня 1941 года был нанесен удар по захваченному «Люфтваффе» аэродрому близ города Демидов. 1 июля 1941 года группа в количестве тридцати девяти самолетов СБ-2, Пе-2 и И-153 в сопровождении истребителей прикрытия МиГ-3 уничтожила мост в районе города Скулен. В одной из июльских боевых операций группа из восемнадцати СБ-2 была атакована примерно тридцатью истребителями Me-109 «Мессершмитт». В продолжавшемся около получаса воздушном бою было сбито три Me-109. Потери советской авиационной группы составили один СБ-2. В другом бою в тот же день три бомбардировщика СБ-2 подверглись нападению двенадцати немецких истребителей, обе стороны потеряли по два самолета. В августе 1941 года в ходе восьмидневной операции самолеты СБ-2 каждую ночь совершали по три-четыре вылета для нанесения ударов по частям 2-й танковой группы германской армии, блокировавшей Ленинград. Бомбардировщики СБ-2 из состава 10-го гвардейского бомбардировочного авиаполка активно участвовали в Сталинградской битве, нанося бомбовые удары по аэродромам и районам дислокации пехоты и танков противника.

1941 год. АНТ-40/СБ на лыжном шасси возвратился с ночного вылета на бомбардировку. Из собрания КУдалова

Надо сказать, что боевое применение СБ-2 не ограничивалось выполнением только бомбардировочных задач. Они использовались как транспортные и связные самолеты для организации сообщения между штабами Красной Армии и фронтом, буксировали планеры, доставлявшие войска и предметы снабжения в тыл противника, выполняли разведывательные полеты, а при необходимости могли поднимать в воздух прожекторные установки, которые использовались для подсветки самолетов противника во время авианалетов на Москву: это облегчало работу наземных зенитных установок.

История хранит несколько эпизодов, когда летчики направляли подбитые СБ-2 на противника. 22 июня 1941 года летчик 16-го скоростного авиабомбардировочного полка капитан А.С.Протасов, самолет которого в воздушном бою получил сильные повреждения пушечным огнем немецкого бомбардировщика, таранил и уничтожил своего противника. Через несколько дней 4 июля командир эскадрильи 10-го бомбардировочного авиаполка 41-й бомбардировочной авиадивизии капитан Л.В.Михайлов, СБ-2 которого был подбит огнем зениток, направил падающую машину на танковую колонну фашистов и уничтожил несколько танков. Оба советских летчика в этих эпизодах погибли.

Как ни парадоксально, несколько СБ-2 состояли на вооружении «Люфтваффе». Это объясняется тем, что Советский Союз передал права на производство СБ-2 чехословацкой фирме «Авиа», и в период с 1937 по 1939 год это дочернее предприятие компании «Шкода» построило 161 самолет, в том числе 101 в варианте бомбардировщика и 60 – в варианте дальнего разведывательного самолета. После вторжения Германии в Чехословакию в 1938 году значительное число СБ-2 было захвачено немцами. Эти, а также находившиеся в постройке самолеты поступили в состав «Люфтваффе» в качестве учебно-тренировочных машин и буксировщиков мишеней для боевой подготовки зенитной артиллерии. Несколько самолетов постройки фирм «Авиа» и «Аэро» попали в состав военно-воздушных сил Болгарии. СБ-2 экспортировался в Китай – это была одна из первых советских экспортных поставок в крупнейшее государство Дальнего Востока. Здесь самолеты, зачастую с советскими экипажами, использовались в боевых действиях против Японии в 1941-43 гг.

Некоторые разработки предвоенной поры стоит упомянуть особо. Один самолет СБ-2 имел неубирающееся шасси с передним колесом и использовался для испытания новых систем шасси. Несмотря на то что во время войны такая конструкция широкого применения не нашла, после окончания войны большинство новых самолетов оборудовались именно таким шасси. СБ-2 стал первым советским самолетом, имевшим переднее колесо шасси.

Первым советским самолетом с передним колесом шасси был этот АНТ-40/СБ, который модернизировал главный инженер ЦАГИ Игорь Толстых. Из собрания К.Удалова

АНТ-40 с бортовым номером «СССР-Л2440» и эмблемами «Аэрофлота». Самолет еще не переделан, но уже работает «почтовиком». Из собрания К.Удалова

После того как в Советском Союзе был разработан двигатель М-100, появилась возможность оснащать серийные СБ-2 новыми вариантами этого мотора. Это позволило конструктору Архангельскому усовершенствовать самолет. С внедрением в 1936 году двигателя М-103 мощностью от 860 до 960 л.с., на самолет впервые устанавливают воздушные винты с изменяемым шагом, и СБ-2бис (так называли этот вариант машины), который, помимо прочего, имеет установленные в нижней части двигателей радиаторы водяного охлаждения, достигает скорости 450 км/час. 2 сентября 1937 года летчик Михаил Алексеев на самолете АНТ-40/СБ-2бис с грузом в одну тонну достигает высоты 12 246,5 м и устанавливает мировой рекорд. Справедливости ради надо сказать, что несколько ранее самолет поднимался с таким же грузом на высоту 12 695 м, но рекорд не зарегистрировали, так как Советский Союз в то время еще не являлся членом Международной авиационной федерации.

Мотор М-103А, внедренный в производство в 1937 году, развивал мощность от 950 до 1 000 л.с. С этим двигателем самолет СБ-3, особенностью которого являлась также увеличенная башня под нижней частью хвоста самолета, достиг еще большей максимальной скорости – 455 км/час. СБ-3 выпускался в учебно-тренировочном варианте УСБ («учебный скоростной бомбардировщик») с удлиненной носовой частью, где помещалась открытая кабина инструктора, а позади нее – место обучаемого летчика.

Предложенный конструкторами усовершенствованный самолет СБ-Збис так и не был построен, а вот опытный образец с наименованием АНТ- 40ММН, оснащенный моторами М-105 мощностью 1 050 л.с., все-таки появился на свет. За счет удлинения носовой башни, в которой размещался оператор бомбометания, кабина этого самолета несколько увеличилась. Вариант ММН находился в эксплуатации в «Аэрофлоте», где его называли «Щукой», и стал первым самолетом, осуществлявшим почтовые и грузовые перевозки на большой высоте. Вес пустого самолета в варианте ММН составлял 4 183 кг, а взлетный вес – 5 706 кг, таким образом, вес полезной нагрузки (груз плюс экипаж) мог достигать 1 568 кг.

Опыт боевых действий во время гражданской войны в Испании привел Архангельского к мысли о необходимости разработать пикирующий бомбардировщик. Этот вариант самолета получил наименование СБ-РК («разрезное крыло»). По первоначальному замыслу, отличительной особенностью самолета должна была стать сложная система щелевых закрылков. Но разработка такой системы заняла бы слишком много времени, поэтому Архангельский решил просто усилить крыло, уменьшить его площадь и установить на передней кромке тормозные решетки. Двигатели М-105Р мощностью 1 100 л.с. конструктор установил в обтекаемые гондолы, а для охлаждения предусмотрел в передних кромках крыльев воздухозаборники, через которые воздух принудительно направлялся к радиаторам. Наличие двухскоростного нагнетателя на каждом двигателе позволяло самолету СБ-РК достигать высоты 10 500 м. Он принимал на борт одну тонну авиационных бомб и мог развивать скорость 480 км/час на высоте 4 700 м. Несмотря на то что СБ-РК в 1940 году был запущен в серию, к моменту, когда из-за вторжения германских войск на территорию Советского Союза Казанский авиазавод вынужден был эвакуироваться, удалось построить всего 200 таких самолетов. В Военно-Воздушных Силах эти машины проходили как Ар-2 (от фамилии Архангельского, поскольку Туполев в это время находился в заключении).