В нем были устранены недостатки, выявленные при испытаниях первой машины. Второй АНТ-3 существенно отличался от предыдущего: так, нижнее крыло подняли на 25 мм, вынесли вперед мотор и радиаторы, увеличили емкость баков.
В августе 1926 года летчик А.И. Томашевский провел испытания второго самолета – сначала с мотором «Либерти», а затем – с английским мотором «Нэпиер Лайон». Машина была послушна в управлении, «мягко» выполняла виражи. Этот АНТ-3 вполне соответствовал требованиям ВВС к сухопутному разведчику, и было принято решение о запуске самолета в серию.
Для серийного производства Р-3 в конце 1925 года выделили московский завод ГАЗ № 5. Опыта постройки металлических самолетов предприятие не имело, и у производственников возникло множество вопросов, связанных с новой для них технологией. Для оперативного решения всех проблем на заводе работала группа инженеров КБ.
В мае 1927 года Великобритания заморозила торговые отношения с СССР, и поставки двигателей «Нэпиер Лайон» прекратились. Таким образом, на первые серийные машины пришлось ставить «Либерти». Однако для этого в очередной раз пришлось переделывать конструкцию самолета. Причем переделок было настолько много, что фактически это был новый самолет. Так, конструкторы заново перепроектировали управление рулями и мотором, в итоге новый самолет стал заметно легче. Параллельно были внесены мелкие изменения для упрощения технологии производства.
Но и это был не конец истории – вскоре военные приняли решение выпускать самолет с отечественным мотором М-5. В апреле – мае 1928 года первая машина Р-3М-5 с заводским № 4006 успешно прошла испытания, после чего самолет официально был принят на вооружение ВВС РККА. В январе 1928 года завод № 25[25] передал программу строительства металлических самолетов заводу № 22 в Филях.
Однако к моменту поступления в войска характеристики самолета уже не удовлетворяли военных, и поэтому конструкторы стали прорабатывать установку более мощного французского двигателя «Лоррен-Дитрих» 12Eb. Однако тут оказалось не все так просто, и самолет пришлось переделывать более кардинально. Так, чтобы улучшить центровку самолета, носовую часть удлинили на 385 мм. Попутно к обозначению добавились две буквы – ЛД («Лоррен-Дитрих»). В мае 1928 года самолет Р-3ЛД № 4023 поступил в НИИ ВВС на госиспытания.
Летные испытания по снятию штопорных характеристик проводили опытный летчик-испытатель М.А. Волковойнов и сам А.Н. Туполев. Летчик и конструктор остались довольны машиной. Был дан старт серийного производства, и к весне 1929 года частям ВВС было передано 79 самолетов Р-3ЛД, построенных заводом № 22.
Всего же было выпущено 103 самолета Р-3, включая и опытные машины. В числе последних был и штурмовой вариант, который начал разрабатываться в НИИ ВВС в марте 1927 года. Планировалось на Р-3М-5 поставить четыре неподвижных пулемета «Виккерс» для стрельбы вперед и один «Льюис» для обороны задней полусферы. Уже в октябре самолет передали на испытания, правда, без вооружения, только с балластной нагрузкой.
Так с октября 1927 г. именовался ГАЗ № 5.
