A finales de los Años 30 volvieron a ser empleados de nuevo en un conflicto, esta vez en las luchas fronterizas contra los japoneses que empezaron con la Batalla del Lago Jasán, entre julio y agosto de 1938. Las luchas contra los japoneses se reanudaron de nuevo con el comienzo de la Batalla de Jaljin Gol en mayo de 1939; En junio fueron enviados a Mongolia dos regimientos de Tupolev SB, volando en sus primeras misiones de combate desde el 26 de junio. Contrariamente a lo esperado, las pérdidas en combate de aparatos SB-2 fueron elevadas, especialmente frente a los ataques de los cazas japoneses Nakajima Ki-27. Los Tupolev continuaron siendo empleados en combate hasta la victoria final de las fuerzas soviéticas al mando de Gueorgui Zhúkov. El 30 de noviembre de 1939 la Unión Soviética atacó a Finlandia y dio comienzo la que pronto se denominó la "Guerra de Invierno". Las fuerzas armadas soviéticas en la frontera finlandesa incluían escuadrones de Tupolev SB, que nuevamente volvieron a sufrir importantes bajas. Desde su primera actuación en la Guerra Civil Española, los SB habían podido volar sin necesitar una escolta de cazas, pero a estas alturas la situación había cambiado. Dado el carácter invernal de este conflicto, algunos aparatos debieron ser equipados con esquíes para poder operar desde los aeródromos cubiertos de nieve, lo que les hizo aún más lentos y vulnerables durante sus operaciones de bombardeo. Tras 15 semanas de guerra fueron derribados un total de 100 aviones.