Первый полёт опытной машины БДД (ЦКБ-26) выполнен летом 1935 года лётчиком-испытателем В. К. Коккинаки. В 1936 году на самолёте установлено пять мировых рекордов. В серии самолёт получил обозначение ЦКБ-30, или ДБ-3. До начала Великой Отечественной войны началось массовое серийное производство самолётов, а также доработки и постройка опытных машин ЦКБ-30Н-1 и ЦКБ-30Н-2 для выполнения рекордных перелётов:
В дальнейшем были разработаны модификации под более мощные моторы и иной состав оборудования и вооружения — ДБ-3С, ДБ-3Т, ДБ-3М, ДБ-3Ф (Ил-4). Самолётов модификации Ил-4 построено 5256 шт. на 4 авиазаводах СССР.
Самолёты принимали участие в советско-финской войне зимой 1939—1940 года, в Великой Отечественной войне и в советско-японской войне в качестве основных дальних бомбардировщиков ВВС РККА, в качестве торпедоносцев в ВВС ВМФ, а также в качестве транспортных самолётов, буксировщиков планеров и разведчиков. ДБ-3 и Ил-4 оказался основным и самым массовым дальним бомбардировщиком в СССР военного периода.
Первые удары по Берлину в ночь на 8 августа 1941 года выполнялись экипажами особой группы, сформированной на базе 1-го мтап ВВС Балтийского флота на переоборудованных самолётах ДБ-3Ф. Три группы из 15 машин поднялись с аэродрома подскока острова Эзель после дозаправки и загрузки бомбами (Сааремаа), успешно выполнив боевую задачу. Ночные налёты на Берлин проводились девять раз[3].
Самолёт отличала строгость в пилотировании. После окончания Великой Отечественной войны все находящиеся в строю самолёты стали поэтапно списывать в связи с заменой на более современные. Несмотря на большое количество построенных бомбардировщиков, до настоящего времени не сохранилось ни одного экземпляра. Все находящиеся в музеях и на постаментах самолёты восстановлены и собраны энтузиастами авиации.
29 августа 1934 года начальник УВС РККА Я. И. Алкснис утвердил ТТД на ближний бомбардировщик, разработку которого поручили ЦКБ завода № 39. Для машины планировались лицензионные копии моторов Гном-Рон «Мистраль» К-14 и Wright Cyclone R-1820F-3. В первом варианте планировался пассажирский самолёт на 12 пассажиров, моторы получили отечественное обозначение М-85. Двигатели М-85 выпускались серийно на заводе в Запорожье.[4] Бомбардировщик ББ-2 в сущности был аналогом пассажирской машины и рассчитывался на доставку 500 кг бомб на расстояние до 1500 км со средней скоростью 230—240 км/ч. Работы по военному варианту шли значительно быстрее, чем по гражданскому, ввиду конкуренции со стороны Туполева (самолёт СБ) и Сухого (самолёт АНТ-37). Первый экземпляр самолёта, ввиду поджимающих сроков, решили строить по упрощённой технологии, с цельнодеревянным фюзеляжем и металлическим крылом, без вооружения. Машина получила обозначение ЦКБ-26.