В НИИ ВВС испытывались два самолета (№ 22243 и N=22250), облегченные до крайнего предела. С них сняли подкрыльные башни, наружные бомбодержатели Дер-15 и Дер-16, кассеты Дер-9, створки бомболюков. Проемы последних задраили. Экипаж уменьшили с восьми до шести человек. Все это позволило снизить вес пустого самолета на 721,8 кг. За счет этого взяли еще 1000 кг горючего. Бомбовая нагрузка равнялась всего 1000 кг — четырем бомбам по 250 кг на балках Дер-13 под крылом. Зато на испытаниях экипажи Юмашева и Громова достигли дальности 2740 км.
Непосредственно в частях впоследствии практиковали облегчение бомбардировщиков за счет снятия подкрыльных башен, балок Дер-15 и Дер-16, а иногда и кассет Дер-9. Это экономило до 400 кг.
Но увеличение дальности за счет ослабления бомбового вооружения сокращало боевые возможности самолета. Поэтому стали искать другие пути. В НИИ ВВС пытались «выжать» все возможное из обычного серийного бомбардировщика. Еще в 1932 г. там попробовали поднять дальность полета с полной бомбовой нагрузкой за счет увеличения разрешенного взлетного веса. Его сначала довели до 19300 кг, а затем до 19500 кг. Перегруженный самолет пилотировал К.П.Миндер, доказавший возможность эксплуатации машины и при столь большом весе. Правда, взлет получался затянутым, разбег занимал 680 м — для аэродромов того времени это было довольно много. После этого лимиты по взлетному весу для строевых частей пересмотрели. Для ранних серий (до № 22200) его официально установили равным 19,5 т, для более поздних — 20 т.
В 1933 г. нашли и другие способы увеличения радиуса действия ТБ- 3. Во-первых, начали летать на обедненных смесях (много воздуха — мало топлива). При правильной регулировке карбюраторов это давало прибавку к дальности примерно в 15 %. Во-вторых, попробовали перейти со штатной бензин-бензольной смеси на этилированный бензин. Бензин-бензольную смесь применяли потому, что М-17 с его высокой степенью сжатия на чистом отечественном низкосортном бензине страдал от детонации. Бензол повышал октановое число, показывающее устойчивость против детонации, но снижал тепловую эффективность топлива. В этилированном бензине антидетонационная присадка — тетраэтилсвинец — содержится в очень небольшом количестве. Поэтому такого бензина для нормальной работы двигателя нужно меньше. При том же запасе горючего дальность увеличивалась примерно на 20 %.
В июне 1933 г. два самолета, М.М.Громова и А.Б.Юмашева, за счет применения обедненной смеси и этилированного бензина показали дальность 3150 км. Все члены экипажей получили благодарность Реввоенсовета и по месячному окладу. Два месяца спустя Юмашев поднял в воздух модифицированный облегченный ТБ-3. На нем полностью убрали наружную подвеску бомб. Вместо этого в просторном фюзеляже установили дополнительные кассеты Дер-9. Всего самолет теперь мог нести внутри 36 бомб по 100 кг. За счет демонтажа бомбодержателей под фюзеляжем и крылом, кое-какого оборудования и облегчения самой конструкции выиграли 518 кг. Еще более 100 кг получили за счет уменьшения запаса масла в полтора раза (это внедрили и в серии). Но суммарный вес с бомбами дошел до 20 т. Добавочный бензин и улучшение аэродинамики позволили еще увеличить дальность. 8 августа 1933 г. экипаж Юмашева совершил беспосадочный перелет Щелково — Евпатория — Щелково, сбросив 2500 кг бомб на полигоне в Крыму.
