Con el comienzo de la Segunda guerra sino-japonesa en julio de 1937, la Unión Soviética firmó el Pacto de no agresión Chino-soviético el 21 de agosto y con ello empezó el envío de material bélico para apoyar a las tropas chinas en su lucha contra el Ejército Imperial Japonés, entre los que se encontraban unidades aéreas completas (nominalmente, eran "voluntarios soviéticos"). Un envío inicial de 62 aparatos SB-2 fue realizado entre septiembre y octubre de 1937, con el comienzo de operaciones de combate por parte de las unidades soviéticas a partir de diciembre de 1937 (que incluyeron el ataque a los buques japoneses en el río Yangtsé. El 23 de febrero de 1938, para celebrar el Día del Ejército Rojo, los SB-2 realizaron un ataque contra los aeródromos de Formosa, reclamando la destrucción de 40 aparatos japoneses allí estacionados. Un total de 60 aparatos más fueron enviados a comienzos de 1938, participando en los ataques contra las tropas japonesas durante la Batalla de Wuhan. Pero las pérdidas de los aparatos soviéticos empezaron a ser tan elevadas que sus unidades debieron retirarse de combate por un tiempo; Las unidades perdidas fueron sustituidas por Ilyushin DB-3 en 1939, permitiendo que los restantes Tupolev pudieran ser transferidos a unidades chinas.