Самолеты сдали с большим опозданием, до отправления в первый перелет они успели пробыть в воздухе всего по 12 – 15 часов. 28 июля 1934 г. три ТБ-3Р отправились в Варшаву. Командирами самолетов были Байдуков, Мов и Леонов. 1 августа самолеты благополучно возвратились в Москву. 5 августа стартовали сразу две тройки. Одна (с экипажами Байдукова, Ефимова и Леонова) двинулась через Киев и Вену в Париж. Во время пребывания во Франции наши летчики посетили также Лион и Страсбург, откуда через Прагу 17 августа вернулись в Москву. Вторая тройка (командирами ТБ-3 являлись Соколов, Головачев и Рябченко) через Киев, Люблин и Краков направилась в Рим. Возвращалась она через Вену, прибыв домой 16 августа.
Четырехмоторные гиганты произвели должное впечатление в европейских столицах. Заместитель начальника штаба ВВС Хрипин, участвовавший в двух перелетах, написал в своем отчете: «Весь офицерский и инженерный состав с исключительным интересом относился к нашим самолетам, видя в них удачное решение проблемы тяжелого бомбардировочного самолета. Это относится в равной степени к Польше, Австрии и Италии. Все подчеркивают удивление, что столь большой самолет имеет высокие полетные данные. Это подчеркивает, что наш успех в постройке ТБ авиации реален и это будет учтено командованием европейских воздушных флотов».
Но в то же время к бочке меда примешалась и ложка дегтя. Иностранные авиационные специалисты обратили внимание на архаичные деревянные двухлопастные винты, отсутствие на машинах современных средств радионавигации. Там, где в Европе давно ставили гибкие шланги, у нас по старинке выполняли магистрали из отожженной медной трубки. Ни одной серьезной поломки за время перелетов не произошло, но экипажи отметили немало неприятных дефектов. Обнаружились тряска винтомоторных установок, вибрации и поломки трубопроводов. Поспешный подбор винтов привел к тому, что они оказались слишком велики. В результате ближние к фюзеляжу винты стали отбрасывать поток на стык крыла и фюзеляжа, вызвав дополнительную тряску. Выявился и ряд других недостатков – подтекали баки, ломались качалки элеронов, лопались хвостовые колеса (на «парадных» машинах поставили не гусматики, а пневматики – с более плавным ходом).
Экипажи и члены делегаций увидели на аэродромах и заводах Европы много нового, еще не производившегося и не применявшегося в Советском Союзе. Это послужило дополнительным толчком к еще одному шагу в модернизации ТБ-3.
