TB-3-4M-17F Den første produksjonsmodell, omlagt halvparten av alle TB-3 som var bygd. TB-3-4M-34 Mikulin AM-34 motorer med nye radiatorer og oljekjøling, flere dusin bygd. TB-3-4M-34R Mikulin AM-34R motor med ny og bedre transmisjon som gir bedre ytelsesevne, ny skytterposisjon akterut for halefinnen, halehjul med hydrauliske brems, aerodynamiske improvisering på vingerotene og radiatorene, vindgeneratorer som kan trekkes inn og ut av flykroppen. TB-3-4AM-34RD En serie langavstands demonstrasjonsfly med strømlinjede flykropp og hjulbrems på understellet. Noen av flyene hadde enkelte hjul på understellet, i diameter og metallpropeller med tre blader. Sendt ut på flygning til Warszawa, Paris, og Roma i 1933–1934. TB-3-4AM-34RN Variant for høydeflygning med AM-34RN motorer, propeller med fire blader på indre motorer og to blader på utevendte motorer på vingespennet, enkelthjul i understellet, skyttertårnene oppgradert med ShKAS maskingeværer, topphastighet på i , tjenestehøyde på . Testet i august-oktober 1935, men settes ikke i produksjonen ettersom TB-3 designen var ved å bli utdatert. TB-3-4AM-34FRN/FRNV AM-34FRN/FRNV motorer med større kraftytelse og firebladede propeller, med, aerodynamiske improvisering inkludert strømlinjede skyttertårn, hjulunderstell med brems, topphastighet på . TB-3D Foreslåtte variant med Charomsky AN-1 dieselmotor på 750 PS (740 hp) and beregnet rekkevidde på 4,280 km (2,310 nm, 2,660 mi). Ikke kom i produksjon ettersom andre ytelseskarakteristikk var underlegent mot TB-3-4AM-34RN. G-2 Retirerte TB-3 med M-17 and M-34 motor konvertert for fraktoppdrag på vegne av Aeroflot ANT-6-4M-34R "Aviaarktika" TB-3 modifisert for ekspedisjonen til Nordpolen i 1937 med lukket cockpit, enkelte større hjuler i understellet, trebladede metallpropeller.