Однако на испытаниях серийных самолетов с «Кёртисс-Райтами» внезапно выявилась несколько негативных моментов. Став более скоростными и высотными, АНТ-9 сделались тяжелее в управлении, во время посадки норовили уйти в самопроизвольный разворот налево; сотрудники НИИ ВВС предъявили к самолету и множество мелких требований, среди которых была даже просьба «обмотать штурвалы шпагатом», так как они «сильно холодят руки». Устранение всех этих недостатков затянулось до декабря. А тем временем выяснилось, что постройка завода по производству лицензионных моторов «Кёртисс-Райт» в СССР не состоится. Бросились искать новый двигатель. Сначала надеялись, что подойдет новый 360-сильный М-26, но всю партию этих еще не построенных моторов заранее заказали ВВС. Пришлось снова переписываться с американцами на предмет покупки «Кёртисс-Райтов». Но пока шла эта переписка, оказалось, что военных двигатель М-26 абсолютно не устроил сразу по нескольким показателям. В итоге М-26 достались ГВФ – Гражданскому воздушному флоту (так к тому времени стал называться «Добролет», в состав которого вошел и «Укрвоздухпуть») и с весны 1931 года начали устанавливаться на АНТ-9, которых успели до конца этого года собрать 33.
Впрочем, в первую очередь новые самолеты начал получать не гражданский воздушный флот, а армия, причем там им не присваивали никаких отдельных обозначений. Да и вообще машина ничем не отличалась от пассажирской, даже окраской (эксперимент с «камуфляжными» АНТами быстро прекратили, так как зеленая краска, предназначенная для деревянных самолетов, на гофрированном кольчугалюминии выцветала и осыпалась). Из трех АНТ-9 даже сформировали отдельную часть – Отряд (впоследствии Эскадрилья) особого назначения. Летом 1931 года АНТ-9 были опробованы в ВВС в качестве десантных машин, высадив на маневрах группу из 19 десантников с орудием, пулеметами и боеприпасами к ним. Предполагалось, что АНТ-9 станет основным десантным самолетом РККА, но в реальности эту функцию перехватили у них бомбардировщики, и «в деле» десантный АНТ-9 проявил себя только в сентябре 1931-го, когда высадил в Туркменистане десант против басмачей (тогда же самолеты использовали как санитарные и бомбардировщики), да еще раз в годы Великой Отечественной войны.
В целом в 1931–1932 годах в ряды армии поступили семь АНТ-9, в том числе один был переоборудован в Военно-воздушной академии как летающий класс штурманской подготовки. Но военную авиацию куда больше интересовал бомбардировочный вариант машины, которая была бы вооружена шестью пулеметами и могла нести полтонны бомб. Работа над ним шла очень вяло, так как и ЦАГИ, где трудилась команда Туполева, и завод № 22, которому предполагалось поручить переделку, ссылались на большую загруженность и всячески тянули. К тому же военные постоянно меняли требования к вооружению самолета. Один экземпляр все же построили, но в сентябре 1932 года был вынесен окончательный вердикт:
Основным эксплуатантом самолетов, как и предполагалось изначально, стала гражданская авиация. В конце 1931 года в ее рядах было уже 18 АНТ-9, причем машины с разными двигателями разбирали разные регионы: те, что с советскими М-26, летали в средней полосе, а те, что с американскими «Кёртисс-Райтами», – в Сибири и Якутии. Единичные машины получали летные школы ГВФ. На Севере АНТ-9 эксплуатировались на лыжах, один самолет переоборудовали в гидроплан. Один экземпляр машины был в 1933 году подарен К.Е. Ворошиловым Турции, где эксплуатировался в военно-транспортных частях, а затем как самолет аэрофотосъемки и в 1936-м был списан из-за грубой посадки.