Основные серийные модификации:
ТБ-З с моторами 4хМ-17, М-17Б, М-17Ф, вооружение: 5х7,62;
ТБ-З с моторами 4хМ-34; вооружение: 8х7,62;
ТБ-ЗР с моторами 4хМ-34Р, новой хвостовой частью, оперением; вооружение: 8х7,62;
ТБ-ЗН с моторами 4хМ-34РН, одиночными колесами шасси, экра- нированными турелями; вооружение: 4х7,62; выпускался вариант самолета-носителя пикирующих бомбардировщиков И-16СПБ ("Зве- но-СП Б");
ТБ-З с моторами 4хМ-34ФРН/ФРНВ, увеличенным размахом крыла, измененными очертаниями стабилизатора, зализами между крылом и фюзеляжем; вооружение: 4х7,62.