Высокая скорость, мощное оборонительное вооружение делало почти неуязвимым СБ-2 для истребителей того времени.
Решение правительства СССР в военном противостоянии республиканской испании и генерала Франко было однозначным - оказать всю необходимую помощь республиканцам. И в числе военных поставок Советского Союз 1936 года были и новейшие бомбардировщики СБ-2 конструкции Туполева, которые стали настоящей сенсацией.
Он мог разогнаться до фантастических тогда 430 км/ч, которая превышала скорость самых быстрых истребителей того времени. СБ легко мог оторваться в горизонтальном полёте от истребителей противника, и также легко атаковал вражеские бомбардировщики. Они раньше других поступили на вооружение республиканцев.
Из 30 СБ была сформировано три эскадрильи, объединённое в одно подразделение Grupo 12, командиром которого стал русский лётчик А. Златосветов и одна эскадрилья из 4 СБ занималась глубокой разведкой в тылу франкистов. Первый же вылет русских бомбардировщиков по аэродрому в Таблоде поверг в ужас франкистов, когда прилетевшие внезапно СБ разгромили всю инфострктуру аэродрома и уничтожили большую часть находящихся там самолётов.
Русские пилоты смогли на высокой скорости уйти от истребителей и выполнить свою задачу. Глубокие рейды в тылы противника приводили в бешенство франкистов, СБ за короткий промежуток времени появлялись в разных районах Испании, делали своё дело и с легкостью уходили от истребителей. Так 18 ноября самолет, управляемый лётчиком И. Соколовым нанес неожиданную бомбардировку постройки в городе Саламанка, чтобы уничтожить находящегося там генерала Франко, 800 кг бомбы точно накрыли здание, но к сожалению генерала там уже не было.
Поэтому франкисты открыли настоящую охоту на СБ. За весь 36 год СБ потеряли 6 самолётов и только 2 были сбиты перехватом. В 1937 году формируется авиагруппа ВМФ республиканцев, результатом действия которой, стал нанесённый удар по военно-морской базе в Сеуте. Группа взаимодействия СБ-2 профессионально выполнили задачу по прикрытию республиканского корабля, следовавшего маршрутом Одесса Картахена и в течении двух часов отражали атаки бомбардировщиков J-52, тем самым выполняя несвойственные им функции дальних истребителей сопровождения.
А в мае экипаж СБ, по ошибке приняв немецкий крейсер "Дойчланд" за крейсер "Канариас", которые были очень похожи, СБ своей атакой вывели его из строя бомбовым ударом. Лётчики, летавшие на СБ, придумали стратегию бомбардировки аэродромов. Чтобы внезапным ударом уничтожить вражеские самолёты на лётном поле, отдельная группа СБ завязывала воздушный бой с истребителями противника, а затем когда у них заканчивалось топливо и они вынуждены совершить посадку, появлялась другая группа СБ, которая и уничтожала все возможные объекты на земле.
Приличные для того времени лётные характеристики СБ-2 позволяло им действовать в несвойственной им функцией истребителя. В августе 1937 года группа СБ Сенаторова заметив многочисленную группу итальянских SM-81, пошла в атаку, сбили один самолёт, а остальных разогнали огнём пулемётов.
Но всё изменилось к концу 1937 года, когда к франкистам стали поступать новейшие истребители Ме-109 и много других, закупленных франкистами боевых самолётов. Соотношение сил стало стремительно меняться. На сопровождение СБ приходилось по 2-3 истребителя и применение Ме-109 приводило к потерям. СБ уже не могли ничего противопоставить новым немецким самолётам. К тому же резко усилилась зенитная оборона мятежников.
И с сентября 1937 года стали уезжать небольшими группами советские лётчики, конечно по распоряжению правительства СССР. И после их отъезда франкисты получили полное господство в воздухе. Всего, в небе Испании, воевало около 90 СБ-2 и их использование помогло на тот период одержать ряд важных побед республиканцам.
Но с появление Мессершмиттов стали выявляться и недостатки СБ. Лётчики отмечали невысокую прочность шасси, а приземление на "брюхо" приводило к однозначной смерти штурмана. Не устраивало их и большие нагрузки на ручке управления и педалях.
Особо подчёркивалась раскачка на взлёте и дальнейший разворот. При больших высотах полёта доставляли неудобство кислородные аппараты, работали они очень ненадёжно, ещё больших неудобств доставляло экипажу отсутствие переговорного устройства. С появлением Мессеров лётчики убедились в неэффективности и пулёмётов калибра 7,62 и ограниченном секторе обстрела.
Но самим испанцам очень полюбился самолёт СБ. недаром они называли его русским женским именем "Katiuska".