Однако результаты испытаний обоих самолетов не удовлетворили его создателей. АНТ-25-1 мог преодолеть расстояние не более 7200 километров, а АНТ-25-2 – не более 10 800. Это категорически не годилось для тех маршрутов, которые прорабатывались для установления рекорда – Москва – Сахара – Западная Африка – Южная Америка и Москва – Австралия. Оригинальный выход предложил молодой инженер М.А. Тайц: он предложил закрыть гофрированное оперение самолета полотном, а поверх нанести слой аэролака. И этот нехитрый ход сразу же прибавил тысячу километров дальности!.. Кроме того, машина получила специально отрегулированный карбюратор, а все поверхности выступающих частей были отполированы для снижения сопротивления. В ходе испытательных полетов выяснилось, что данные самолета заметно улучшились: в воздухе он мог держаться более 80 часов без перерыва, а расчетная дальность полета теперь составляла 13 020 километров, что и требовалось.
Для военно-воздушных сил планировалось наладить серийный выпуск АНТ-25 в версии РД-ВВ (рекорд дальности – военный вариант), который мог бы выполнять функции дальнего разведчика. Однако в серию в 1934 году был запущен другой вариант – дальний бомбардировщик, получивший двойное обозначение ДБ-1 (АНТ-36). Он должен был нести тонну бомб и вооружался четырьмя пулеметами ДА; предполагалось также, что в крыльях самолет сможет нести 4–5 тонн отравляющих веществ. В отличие от АНТ-25, ДБ-1 имел топливные баки меньшей ёмкости и был гораздо легче (полетный вес – 7800 килограммов), а его обшивка была полностью гладкой. Различалась и окраска: РД красили в яркие цвета (алые крылья и серебристый фюзеляж), ДБ-1 в стандартный темно-зеленый. Осенью 1935 года был испытан первый ДБ-1, но принят военными он не был из-за низкого качества. В дальнейшем, в 1936 году, заказчиком были приняты 18 машин и в 1937-м – еще две, но реально эксплуатировались в воинской части под Воронежем только десять. Недостатков у ДБ-1 оказалось столько, что за год они налетали всего по 25–30 часов – остальное время машины стояли на ремонте. С 1937 года все немногочисленные ДБ-1 были поставлены на консервацию, а затем уничтожены на полигонах в качестве мишеней для бомбардировщиков и штурмовиков.
Если судьба дальнего бомбардировщика ДБ-1 сложилась печально, то его «штатский» вариант АНТ-25, напротив, полностью оправдал надежды своих создателей. Правда, произошло это не сразу. Прежде чем вывести машину на международный рекордный перелет, ее испытали на внутреннем маршруте. С 10 по 12 сентября 1934 года командир М.М. Громов, второй пилот А.И. Филин и штурман И.Т. Спирин совершили на самолете АНТ-25-2 полет по маршруту Москва – Рязань – Харьков – Москва, установив всесоюзный рекорд продолжительности полета (75 часов) и мировой рекорд дальности полета по замкнутому маршруту – 12 411 километров. Однако этот рекорд не был оформлен официально из-за того, что СССР не входил в Международную авиационную федерацию ФАИ. За мужество и героизм, проявленные при выполнении этого перелёта, лётчику-испытателю Михаилу Михайловичу Громову постановлением ЦИК СССР от 28 сентября 1934 года было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина (в 1939 году после учреждения медали «Золотая Звезда» ему была вручена эта медаль за № 8). Остальные члены экипажа были награждены орденами Ленина.
Следующей стала уже международная попытка. 3 августа 1935 года АНТ-25-2 (экипаж – командир С.А. Леваневский, второй пилот Г.Ф. Байдуков и штурман В.А. Левченко) вылетел по маршруту Москва – Северный полюс – Сан-Франциско. Автором идеи перелета через полюс был Леваневский, он вынашивал ее долгое время. Однако этот полет не был завершен. Через 2000 километров начало протекать масло, и Леваневский принял решение сажать машину на аэродроме под Новгородом. Причем когда Байдуков предложил продолжать полет, Леваневский приказал ему разворачиваться с пистолетом в руках. После этого летчик едва не погубил Туполева, заявив на приеме у Сталина, что конструктор намеренно создал машину, не способную совершить рекордный полет. Спас и Туполева, и АНТ-25 Валерий Павлович Чкалов, который убедил руководство страны в том, что перелет возможен и необходим. Огромную роль в спасении проекта сыграл также Г.Ф. Байдуков, который выполнил несколько полетов по установлению причин аварии Леваневского и мужественно отстаивал самолет перед первыми лицами страны.