Оборонительное вооружение складывалось из двух экранированных турелей Тур-8 – одной сверху и одной в носовой части. Они закрывались полусферическими куполами из оргстекла на металлическом каркасе. В каждой из них стоял пулемет ШКАС. Третий такой же пулемет размещался в кормовой установке. Там Тур-8 не имела экрана, но при необходимости прикрывалась раздвижным козырьком, секции которого складывались подобно панцирю на хвосте рака. Четвертый ШКАС на турели Тур-7 стрелял в люк в днище фюзеляжа. На Тур-8 монтировались прицелы АНИИ, наТур-7 – КПТ с мушкой МФ-5.
В качестве альтернативы Тур-8 испытывали турель ЦКБ СВ №17 конструкции Токарева (она же Тур-Ток). Поворот ее осуществлялся пневмоприводом, а подъем и опускание ствола – вручную. Кучность стрельбы на испытаниях оказалась выше, чем у Тур-8, но пневмомотор работал рывками, а обзор через экран признали неудовлетворительным. Кроме того, диаметр новой турели превышал один метр (так как в более компактную конструкцию не вписывался пневмопривод) и установка её на ТБ-3 требовала существенных переделок конструкции. В результате от неё пришлось отказаться.
Ассортимент бомбового вооружения самолета существенно расширился – от мелких «зажигалок» ЗАБ-1 по килограмму весом и 8-кг осколочных АО-8М2 до двухтонной АФ-2000. Новинкой стало применение «ротативно-рассеивающих» (кассетных) бомб РРАБ-250, РРАБ-500 и РРАБ-1000. Именно в них загружались боеприпасы калибром менее 50 кг На наружной подвеске ТБ-3РН мог нести и химическое вооружение – четыре выливных прибора ВАП-500 и два ВАП-6К. Для их подвески на балки бомбодержателей крепились специальные мосты.
На 1936 г. ВВС заказали 185 ТБ-3РН. Фактически подготовка к их выпуску велась уже с середины 1935 г. и завод лишь ждал окончательного утверждения эталона. Самолет считался особо важным для ВВС наряду с СБ, поэтому на стол к Апкснису ежедневно ложились сводки о состоянии производства и приемке готовых машин. По состоянию на 1 февраля на заводской аэродром вывели уже 82 ТБ- ЗРН, на которых производили различные доделки. 27 февраля три первых машины облетали, а уже 3 марта они отправились в Монино на войсковые испытания. В тот же день при облете еще одного бомбардировщика, №22686, имело место чрезвычайное происшествие. Самолет загорелся в воздухе – развалился всасывающий патрубок мотора. После этого завод №24 прислал бригаду, которая заменила на всех ТБ-3РН литые патрубки на стальные сварные.
