Еще при утверждении «эталона 1932 г.» на сериях 1933 г предлагалось внедрить новые отечественные двигатели М-34. Этот мотор с 1928 г. разрабатывался сначала в НАМИ, затем в ИАМ (позже ЦИАМ) под руководством А.А.Микулина. По заданию он предназначался на смену М-17 и сохранял его общие габариты и посадочные места, поэтому замена двигателей не должна была стать сложной проблемой. А вот конструкция самого М-34 являлась принципиально иной: он был блочным и имел совершенно новую, прогрессивную, силовую схему со свободными гильзами и блоками, стянутыми сквозными шпильками. Вдобавок, на нем применили центральное сочленение шатунов, обеспечивавшее хорошую кинематику и высокую плавность хода. В перспективе двигатель хотели оснастить редуктором и нагнетателем.

Проектирование М-34 закончили в марте 1931 г., а в сентябре уже поставили на стенд первый опытный мотор. В ноябре этот двигатель прошел государственные испытания с импортными карбюраторами и магнето, а в следующем году – с отечественными агрегатами. С начала 1933 г. серийные М-34 (мощностью 750/800 л.с.) начали выходить из цехов московского завода №24 (ныне «НПО Салют»), До конца года выпустили 790 экземпляров.

В январе 1933 г. новые двигатели установили на ТБ-3 N'2221. Заводские испытания начались 8 марта (первый полет длился всего восемь минут), а 29 мая эта машина потерпела аварию на взлете. Реальный прирост скорости, определенный на испытаниях, оказался невелик – около 10 км/ч. Расход горючего при этом изрядно возрос, а значит, уменьшилась дальность.

На заводе №22 заложили серию из десяти самолетов с М-34 (№№22201- 22210). Два из них (№22203 и №22204) 27 сентября передали на государственные испытания. В НИИ ВВС определили, что по сравнению с машинами, оснащенными М-17, скороподъемность улучшилась незначительно, а максимальная скорость даже снизилась. В итоге пришли к выводу, что для тихоходного ТБ-3 будут более выгодны готовящиеся редукторные М-34Р, позволявшие поднять к.п.д. винта при малых скоростях полета.

Но М-34 все-таки внедрили на серийных бомбардировщиках завода №22, поскольку это давало некоторое улучшение взлетных характеристик и позволяло освоить новую мотоустановку. Двигатели получили новые, более обтекаемые, капоты и новые радиаторы, перемещенные назад, под крыло. Из новшеств появилось также калориферное отопление кабин. Тепло забирали от выхлопных коллекторов двигателей. Винты оставались деревянными двухлопастными, диаметром 3,18 м.

Самолеты с М-34 были почти на тонну тяжелее – больший вес имели сами моторы, почти вдвое увеличили емкость маслобаков, в полтора раза стало больше воды в системе охлаждения. Бомбовое и стрелковое вооружение оставалось идентичным самолетам с моторами М-17. Только последний серии, с бомбардировщика №22386, лишились подкрыльных выпускных башен. Их заменили «кинжальной» установкой в люке фюзеляжа для стрельбы вниз-назад. В люке имелись два гнезда для шкворней, но только один пулемет ДА с запасом из шести дисков.

Опытный ТБ-3 с моторами М-34 и полной бомбовой нагрузкой, часть из которой размещена на внешней подвеске.

Массовый выпуск новой модификации хотели начать с осени 1933 г., но моторы поступали с