Регулярная эксплуатация быстро выявила разницу между АНТ-9 с американскими и советскими моторами. Первые летали без особых проблем, а вот вторые начинали быстро выходить из строя, и за год восемь самолетов было потеряно в авариях. С 1932 года было решено эксплуатировать АНТ-9 с моторами М-26 только на «степных» трассах, где в случае чего можно было быстро и без проблем совершить аварийную посадку. Но всем было ясно, что это – не решение. Машине требовался новый двигатель, иначе она попросту была бы погублена. Поэтому быстро пришли к идее сделать из трехмоторного АНТ-9 двухмоторный, установив на нем 630-сильные двигатели М-17. Такой вариант разработали в Самолетном НИИ ГВФ (руководитель коллектива – С.И. Комаров). Вместо центрального третьего двигателя на машине появился металлический обтекатель, что, кстати, придало АНТ-9 более современный, соответствующий эстетике 1930-х годов вид. Немного увеличились скорость и потолок машины. 18 октября 1932 года этот самолет совершил первый рейс Москва – Киев и показал себя с наилучшей стороны. Поэтому было принято решение все трехмоторные АНТ-9 переоборудовать по его образцу под двухмоторную схему. Интересно, что авиазаводы, словно находясь в параллельной реальности, по-прежнему продолжали строить трехмоторные самолеты!.. Только в 1934-м был начат выпуск машин нового образца.
К тому времени судьба АНТ-9 как такового снова сильно «провисла»: их производство перебрасывали с предприятия на предприятие, к тому же к стареющей на глазах машине теряли интерес и армия, и ГВФ. В 1934 году его официально считали «устаревшим, небезопасным и неэкономичным типом». АНТ-9 пытались улучшить «по мелочам», в частности, предлагали установить на борту систему отопления, радиостанцию, выпустить военно-транспортную версию, но эти планы не осуществились. В 1935 году выпуск самолетов закончился.
Но эксплуатация продолжалась. В том же году они получили новое обозначение – ПС-9 (пассажирский самолет-9; с 1937 года, когда А.Н. Туполев был арестован как «враг народа», название АНТ-9 нигде не употреблялось), тогда же в составе ГВФ числилась 51 такая машина. ПС-9 были наиболее вместительным из самолетов, выполнявших регулярные пассажирские перевозки в СССР 1930-х годов: все прочие самолеты были либо меньше, либо существовали в единичных экземплярах и не работали на обычных линиях. Но полетать на АНТ-9 можно было далеко не везде – эти самолеты работали только в Московском управлении ГВФ, Западной Сибири, Кавказе, Средней Азии и Казахстане. Например, они выполняли рейсы Новосибирск – Кемерово, Москва – Казань, Москва – Харьков, Москва – Новосибирск, Алма-Ата – Караганда, Алма-Ата – Кустанай, Сталинабад – Куляб, Тбилиси – Баку. Из-за изношенности машин были нередки аварии (в 1936 и 1937 годах – по пять катастроф), и руководство ГВФ вполне открыто признавалось в своих надеждах скоро избавиться от ПС-9. Но заменить их было попросту нечем: единственного полноценного конкурента АНТ-9, самолета К-5 (см. отдельную статью), катастрофически не хватало на всю страну, новые пассажирские модели ПС-35 и ПС-89 очень долго строились и страдали множеством недостатков, а немногочисленные современные импортные машины покупались главным образом для нужд ВВС. Поэтому в конце 1930-х гражданская авиация СССР, как и десятилетие назад, снова оказалась на положении «бедного родственника», который вынужден использовать устаревшие и ненадежные самолеты за неимением других.
В 1932–1937 годах самолеты АНТ-9 летали на международных рейсах. Они входили в состав совместной советско-германской авиакомпании «Дерулюфт» и работали на линии Москва – Кёнигсберг. Все самолеты этих линий имели имена собственные – «Чайка», «Орёл», «Ястреб», «Коршун», «Голубь» – и получили некоторые изменения, коснувшиеся в том числе и салона: кожаные кресла, нераздвижные окна. В 1934 и 1935 годах две машины «Дерулюфта» были потеряны в катастрофах, причем во второй погибли не только 14 членов экипажа и пассажиров, но и пять человек на земле. 31 августа 1936 года именно ПС-9 открыл самую первую международную линию «Аэрофлота» Москва – Прага. Но этот рейс был, в общем, техническим, так как самолет вез только сотрудников ГВФ, и больше на этой линии ПС-9 так и не летал (с 1937 году пражские рейсы обслуживали уже американские «Douglas DC-2»). В 1937-м ПС-9 летал на технической линии между Алма-Атой и китайским городом Ланчжоу.