В 1934 году появилась наиболее удачная разработка соединения ТБ-3 с двумя истребителями И-16, получившая первоначальное обозначение «Звено-6». При этом каждый И-16 для подцепления самостоятельно подруливал под крыло бомбардировщика, прямо под механизмы подвески.
Крепились истребители тремя замками, два из которых находились на крыльях, а третий, фиксирующий, был расположен на «холке» фюзеляжа, за головой пилота. После зацепления пилоты И-16 убирали шасси и были готовы к совместному взлету. «Звено-6» испытывалось в течение двух лет и полностью оправдало ожидания конструктора — результаты были великолепны!

В 1935 году Вахмистров осуществил новую разработку, прицепив к ТБ-3 пять истребителей: два И-5, два И-16 и один И-Z, причем И-Z осуществлял соединение с самолетом-носителем в воздухе! Вахмистров назвал это сложное сооружение «Авиаматка» и предлагал в будущем подвешивать под ТБ-3 до восьми И-16. Два истребителя при этом предполагалось устанавливать сверху, на крыльях «Авиаматки», шесть И-16 должны были посменно по три самолета подцепляться снизу и питаться горючим от ТБ-3.
Вся эта «летающая этажерка» предназначалась для ПВО, продолжительность воздушного патрулирования предполагалась в 6,5 часов. Однако, в жизни, под ТБ-3 никогда не находилось более двух подвешенных И-16, а что касается подцепления истребителей в воздухе, то работа не продвинулась дальше нескольких удачных опытов. Для этой цели под правым крылом ТБ-3 была оборудована специальная опускаемая ферма. И-16 имел соответствующее прицепное устройство, напоминающее внешне ухват с замком. Подцепка происходила на скорости 155-160 км/час, после чего экипаж бомбардировщика подтягивал истребитель вплотную к специальным упорам на нижней поверхности крыльев.
Летом 1938 года было произведено несколько успешных подцепок в воздухе. Летали лучшие летчики-испытатели НИИ ВВС Степан Супрун и Петр Стефановский. Было признано, что система вполне жизнеспособна и достойна дальнейшего развития. Были и противники, мнение которых повлияло очевидно на то, что финансирование этой потрясающей работы продолжено не было.

В 1938 году Вахмистров переориентировал задачи для подвешиваемых истребителей — теперь он предлагал использовать их как пикирующие бомбардировщики. Каждый И-16 мог нести по две бомбы ФАБ-250, причем радиус действия истребителей увеличивался на 80%, так как в полете истребители питались горючим от самолета-носителя. Для этой цели крайние крыльевые баки ТБ-3 емкостью 600 литров заполнялись бензином Б-3 (двигатели М-34 бомбардировщика ТБ-3 работали на авиабензине Б-2).
Максимальная дальность всей системы при этом могла составлять до 2500 км. При подходе к цели командир ТБ-3 подавал сигнал к отцеплению, для чего под крылом носителя зажигалось специальное световое табло, а на на истребителях сигнал сброса дублировался сиреной. Пилоты И-16 освобождали хвостовые замки своих машин, затем давали ручку управления на себя, угол атаки при этом увеличивался и при повороте самолета на угол 3°30' крыльевые замки автоматически открывались.
После отцепки пикировщики устремлялись к цели. С двумя двухсот-пятидесятикилограммовыми бомбами машины типа 5 имели максимальную скорость 410 км/час, на высоте 2500 метров, практический потолок составлял 6800 метров. Пикирование осуществлялось на скорости 650 км/час.
И-16 после сброса бомб оставался полноценным истребителем, способным вести воздушный бой. Неоспоримым преимуществом задуманного способа являлось наиболее эффективное использование устаревших бомбардировщиков ТБ-3, которых имелось на вооружении ВВС несколько сотен. Летом 1938 года система, получившая обозначение «Звено-СПБ», успешно прошла испытания. За внедрение воздушных авианосцев в войска выступили маршал Ворошилов и народный комиссар ВМФ Фриновский. Уже в октябре появляется постановление Комитета обороны СССР, подписанное фактически вторым человеком в правительстве страны — Молотовым.

Постановление гласило буквально следующее:

  1. Принять «Звено-СПБ»  на вооружение ВВС РККА и Морской авиации РККА.
 
  2. Обязать Народный комиссариат оборонной промышленности оборудовать
     к 1 февраля 1939 года установки для подвески самолетов по способу
     товарища Вахмистрова:

          20 самолетов ТБ-3 АМ-34РН для ВВС РККА
          20 самолетов ТБ-3 АМ-34РН для Морской авиации
          40 самолетов И-16 для ВВС РККА
          40 самолетов И-16 для Морской авиации

Вахмистрову предлагалось предоставить в правительство план своих дальнейших работ. Конструктор, вдохновленный успехом, действительно предлагает целый ряд интереснейших разработок, где фигурируют новейший бомбардировщик ТБ-7, летающие лодки МТБ-2 и ГСТ, истребитель И-16 с бомбой 500 кг, истребитель И-180.
Однако работа даже по внедрению уже испытанной системы «Звено-СПБ» в течение всего 1939 года так и не сдвинулась с места.
Первоначальный заказ на 40 носителей был уменьшен до 12 экземпляров, да и это количество авиазаводы, заваленные огромным планом по выпуску самолетов отказывались выполнять. Что касается дальнейших разработок, то скептики в руководстве авиационной промышленности и армии опять взяли верх —
сначала Главное Управление снабжения Красной Армии (ГУСКА) не включило работы Вахмистрова в план 1940 года, затем Народный Комиссариат авиационной промышленности (НКАП) отказался финансировать эти работы и лишил конструкторское бюро по подвесным самолетам производственной базы. Руководство ВМФ, поначалу наиболее благосклонно относящееся к Вахмистрову и его идеям, также прекратило оплату всех новых разработок.
1940 год был отмечен большими успехами немецкой авиации в Европе, причем наибольшие удачи германской армии приписывались применению пикирующих бомбардировщиков. В Советском Союзе на тот период не было полноценного самолета такого типа.

Всего оборудовали пять комплектов «Звено-СПБ», которые поступили на вооружение 2-й специальной эскадрильи, 32-го истребительного авиаполка, 62-й авиабригады ВВС Черноморского флота, с местом базирования в Евпатории. До конца года эскадрилья активно отрабатывала тактику применения нового вооружения, основными целями при этом были военные корабли. В январе 1941 года командование флота о, нако охладело к этому необычному соединению, называемому здесь по имени командира эскадрильи «цирк Шубикова» и приказало демонтировать установки. Вернулись к HV только летом 1941 года, когда война была уже в разгаре. С началом войны авиация Черноморского флота неоднократно наносила бомбовые удары по территории Румынии, одновременно с Германией, напавшей на Советский Союз.
Одной из наиболее важнейших целей для бомбардировочной авиации считался железнодорожный мост через реку Дунай: близ станции Чернаводы, в 60 км западнее Констанцы.

Этот мост являлся крупнейшим мостовым сооружением, его общая длина составляла 1662 метра, а общая высота в наивысшей точке 75 метров. Под нижним настилом моста проходил нефтепровод Плоешти — Констанца. Разрушение моста приводило к приостановке всех железнодорожных перевозок между Бухарестом и другими промышленными центрами, прерывало основную транспортную связь с портом Констанца, ослабляло снабжение румынских войск. Неоднократные попытки 63-й бомбардировочной бригады Черноморского флота, использующей бомбардировщики СБ и ДБ-3, разрушить мост успеха не имели.

Было решено срочно восстановить конструкции Вахмистрова для последующего боевого использования. 22 июля последовал приказ из Москвы о боевом применении, а уже 26 июля состоялся первый боевой вылет. Первый удар был нанесен по портовым сооружениям города Констанца. Средь бела дня пара ТБ-3 подошла к румынскому берегу и на удалении 40 км освободилась от четверки И-16. Командир группы капитан Шубиков, выйдя на город, на глазах у барражирующих в отдалении «Мессершмитов» дважды спокойно облетел цель — нефтеперегонный завод — затем произвел бомбометание.
Попадания в гигантские нефтехранилища были точными. Вся четверка благополучно покинула место удара и на повышенной скорости ушла. Промежуточную посадку совершили в Одессе, затем, дозаправившись, перелетели в Евпаторию.
Для нанесения удара по Чернаводскому мосту было оборудовано уже три комплекта носителей, И-16 оснастили дополнительными подфюзеляжными бензобаками емкостью 95 литров, позволяющими находиться в воздухе дополнительно 35 минут. Вылет состоялся 10 августа в 3 часа ночи. Стартовали все три подготовленных ТБ-3, однако один по причи¬не неисправности вернулся на базу с середины пути. В 5 часов 10 минут, на удалении 310 км от базы, на траверзе Георгиевского гирла Дуная, в 15 км от берега, последовала команда «Сброс».
Через 15 минут после отцепки пикировщики вышли на цель, которая встретила их плотным зенитным огнем. Прорвавшись сквозь огонь, четверка спикировала с высоты 1800 метров и сбросила бомбы с 300 метров, после чего без потерь, скрылась. Уже в 6.40 утра И-16 пылили по Одесскому аэродрому.
13 августа налет на мост повторили, на этот раз шестью пикировщиками. Все было как в предыдущем вылете, только время старта сместилось на полчаса. Атака состоялась в 5.50, пилоты отметили пять прямых попаданий, была полностью разрушена одна ферма моста. На обратном пути шестерка проштурмовала вражескую пехоту в районе Сулина, а в 7.05 приземлилась в Одессе. Далее следовала дозаправка горючим и перелет в Евпаторию.
Достигнутый успех возобновил интерес руководства ВМФ к системе «Звено-СПБ», количество воздушных авианосцев было доведено до пяти комплектов, однако дальнейшее переоборудование было ограничено недостаточным количеством самолетов ТБ-3 с двигателями М-34РН (самолеты ТБ-3 ранних выпусков и особенно с двигателями М-17 были к тому времени сильно изношены, что вызывало необходимость ограничения полетного веса). Из имеющихся на флоте 12 таких машин пять были переоборудованы, а оставшиеся семь были оставлены для выполнения транспортных операций. 16 августа Командующий Военно-морским флотом адмирал Кузнецов обратился к Сталину с просьбой о получении 10 таких бомбардировщиков от ВВС Красной Армии. Однако потери этих тихоходных гигантов в первые месяцы войны были столь велики, что выделены они так и не были.
Использование имеющихся машин было продолжено. 17 августа 6 И-16 удачно разбомбили плавучий док в Констанце. В конце месяца пикировщики были использованы для уничтожения переправ через Днепр. Важность задания заключалась в стратегическом зна¬чении этих переправ и в возможности значительного сдерживания немецкого наступления. 28 августа два ТБ-3 взлетели с евпаторийского аэродрома и взяли курс в район Запорожья. На рассвете, в тридцати километрах от города, И-16 произвели отцепку. Налет был внезапным и точным, вся четверка без потерь ушла.
8 сентября «Звено-СПБ» во взаимодействии с истребителями охранения ЯК-1 разрушили переправу в районе Берислава. Не вернулись один ЯК-1 и один И-16. На следующий день после удачного бомбометания четыре И-16 сбили в воздушном бою 2 Bf. 109.
Последующие боевые действия «подвесок» проходили в условиях все более ухудшающейся для советской стороны боевой обстановки. В конце сентября немецкие войска начали продвижение в северной части Крыма. Для сдерживания врага были использованы все наличные силы авиации, даже те средства, которые предназначались для нанесения высокоточных ударов в тылу противника.
ТБ-3 теперь зачастую использовались лишь для подъема тяжелонагруженных бомбами И-16 — сами истребители с двумя бомбами по 250 кг взлететь не могли. В этих тяжелых боевых условиях участились и боевые потери. 1 октября 1941 года в воздушном бою погиб командир эскадрильи подвесных самолетов Арсений Шубиков. Дальнейшее применение подвесных И-16 становится эпизодическим и боевые донесения встречаются все реже. Доподлинно известно лишь, что применялись подвесные истребители И-16 и в 1942 году. Всего было произведено нескольким более 30-ти боевых вылетов, которые по своей высокой эффективности стали одними из наиболее удачных военных акций советской авиации.