Уже в 1937 году в Запорожье был освоен выпуск моторов М-87А. Их полетная мощность у земли выросла по сравнению с М-86 на 120 л.с., а на расчетной высоте — на 150 л.с. Это было достигнуто за счет увеличения степени сжатия с 5.6 до 6.1 путем уменьшения кривизны головок цилиндров. Поршни получили дополнительные кольца и внутренние ребра охлаждения, был изменен также подвод воздуха в нагнетатель. С новыми моторами скорость ДБ-3 возросла почти на 40 км/ч, а потолок более, чем на километр.
Но вот надежность М-87А была явно недостаточной, и, вскоре, на поток была поставлена модификация «Б», отличавшаяся усиленной конструкцией картера и износостойкими цилиндрами с азотированным «зеркалом». Кроме того, были применены новые карбюраторы АК-87 и автоматические регуляторы оборотов Р-2.
Тем временем, и в конструкцию самолета были внесены значительные изменения, самым заметным из которых стала новая широкая кабина пилота, дававшая лучший обзор. Это было по достоинству оценено, так как до того руление было возможно лишь по командам штурмана, который указывал путь пилоту, высунувшись из астролюка и размахивая руками в опасной близости от дисков винтов.
Серийный выпуск ДБ-3 2М-876 с винтами В-85 был начат в третьем квартале 1938 года, и тогда же вышло указание называть новую машину ДБ-3М, а все более ранние, кроме торпедоносцев, — ДБ-3б. В войсках буковка «б» превратилась в ласкательное «букашка», а самые старые самолеты, выпущенные еще с моторами М-85, иногда для удобства называли ДБ-3а. Индекс «М» практически не использовался — чаще самолеты идентифицировали непосредственно по типу мотора.
В середине 1939 года наконец-то был освоен в производстве винт изменяемого шага ВИШ-3, которым стали комплектоваться не только вновь строящиеся ДБ-3 2М-876, но и машины более ранних выпусков.
Взлетный вес машины новой модификации снова вырос, она стала «норовистее» и медленнее набирала высоту. Тем не менее, ДБ-3 2М-87 считался по-прежнему доступным летчику средней квалификации, даже сам главный конструктор свободно летал на них. Осенью 1941 года «попробовать» машину дали пилоту британской миссии в Москве К.Е.Сли, летавшему на английских тяжелых бомбардировщиках. В своем отчете он отметил, что самолет имеет хороший обзор из кабины, нормально слушается рулей, может летать на одном двигателе и разворачиваться как в сторону работающего мотора, так и против. Главными недостатками были названы большие нагрузки на управление и недостаточная эффективность тормозов. Сли отдельно отметил необходимость частого использования триммеров, указав, что правильные действия ими значительно снижают нагрузку на штурвал и педали.
