Практически весь первый период войны соединения "Катюшек" базировались на аэродромах, расположенных вдоль линии Мадрид — Картахена. После потери части Каталонии одна эскадрилья примерно до середины лета 1938 г. действовала с аэродрома в районе Хероны, чуть позднее с аэродрома Реус под Барселоной.

Итоговые данные о действиях республиканских ВВС на самолетах СБ за период с 28.10.36 г. по 1.01.39 г. в числителе боевых вылетов, в знаменателе самолето-вылетов

Основные цели бомбардировок были в районе Сарагоссы. Для уменьшения потерь высоту полетов подняли до 6000 м. Так как с кислородным оборудованием имелись проблемы, в частности, отсутствовали кислородные маски, приходилось заниматься "самодеятельностью". Были изготовлены своеобразные мундштуки, соединенные шлангами с кислородными баллонами. Несмотря на примитивность такого оборудования, оно неоднократно использовалось и дало свои положительные результаты.
Летом 1938 г. эта эскадрилья, которой командовал поначалу Андрей Стетишин, затем Николай Красноглазов, перебралась на Центральный фронт, где влилась в состав Группы 24.

Говоря о событиях 1938 г. следует отметить, что согласно советским данным, весной — летом 1938 г. на фронте действовало 4 - эскадрильи СБ, две из которых назывались русскими, а две испанскими. В этот период продолжались изменения в конструкции СБ с целью повышения его боевых характеристик. В частности, в июне 1938 г. на самолете с кодировкой ВК-004 испытали "горизонтальные" бомбодержатели, на которые можно было подвесить две 100-кг бомбы. В октябре 1938 г. на машинах с бортовыми номерами 21 (код ВК-083) и 26 испытывались бомбовые кассеты, с которыми СБ мог брать 48 бомб по 12 кг, либо 436 бомб по 0,76 кг. Тогда же на многих СБ снимали сдвижной фонарь задней кабины и устанавливали небольшой козырек для прикрытия стрелка от воздушного потока, а в верхней части фонаря кабины летчика устанавливали зеркало заднего вида.

На заключительном этапе испанской войны, в условиях недостатка республиканских истребителей, СБ использовались ограниченно, малыми группами. Начиная с осени 1938 г. самолеты управлялись исключительно испанскими экипажами. В этот период общее количество "Катюшек" поддерживалось в пределах двух десятков машин. Отчасти такое положение удавалось сохранять благодаря ремонту самолетов и авиадвигателей. Только за 1938 г. ремонтный завод SAF-9 в Барселоне отремонтировал 169 двигателей М-100. Ремонтом самолетов СБ занимался завод SAF-3/16 в Реусе и завод SAF-21/23. Существует мнение, что в конце 1938 г. в Испанию из Советского Союза направили крупную партию модернизированных СБ, оснащенных двигателями М-103 и даже получивших обозначение "Супер Катюшка". Однако подтверждения этой информации на сегодняшний день не имеется. В ходе боевых действий один СБ достался националистам и некоторое время использовался для ведения дальней разведки. Еще одна машина под обозначением "Мартин-Бомбер" демонстрировалась в Сан Себастьяне в 1938 г.

После падения Испанской республики в марте 1939 г. победившей стороне досталось 19 вполне исправных СБ. Уже к середине августа эти машины под обозначением 20W (позднее В.5) вошли в состав 13-й бомбардировочной эскадры, базирующейся в Лос Льянос. Эксплуатация продолжалась до февраля 1946 г. Из 92 поставленных СБ республиканская авиация в ходе боевых действий потеряла 74 машины. Из них около 40 было уничтожено истребителями и зенитной артиллерией противника, остальные разбиты в авариях и катастрофах.
Воздушные стрелки СБ за период войны заявили о 9 сбитых истребителях — 4 CR.32, 3 Bf.109 и 2 неустановленного типа.

Сравнительная таблица
самолетов СБ 2М-103, СБ-РК, Ар-2 № 1/511
и самолета "100" (Пе-2 производства завода № 39)
Характеристики приведены согласно данных госиспытаний

Сводная таблица основных технических и летных характеристик самолетов СБ различных годов выпуска