В конце 1939 г. Г.М. Бериев еще раз попытался модернизировать своего первенца. Этому предшествовала попытка создать новый гидросамолет — ближний морской разведчик для замены МБР-2. МБР-7 (внутренний шифр ЦКБ МС-8) имел лучшую аэродинамику и более мощный двигатель М-103. Однако новый самолет требовалось доводить, и этот процесс грозил затянуться на достаточно длительное время. Поэтому и возникла идея улучшить летные характеристики МБР-2, так сказать, «малой кровью», установив на него силовую установку с МБР-7.
V-образный, 12-цилиндровый двигатель водяного охлаждения М-103 (форсированный вариант двигателя М-100А, в серии с 1938 г.), с максимальной взлетной мощностью 850 л.с., был мощнее и легче АМ-34НБ и при этом имел меньший «лоб». На моторе был установлен металлический лопастной винт ВИШ-2ПТ диаметром 3,25 м с двумя установочными углами лопастей. Двигатель устанавливался на под-моторной раме, аналогичной по конструкции подмоторной раме АМ-34НБ серийного самолета МБР-2.
Топливная система претерпела изменения за счет установки гидропривода бензопомпы БНК-5УБ, находящейся в лодке и подающей горючее к помпе на двигателе вместо стандартной помпы-ветрянки. Система охлаждения масла также была перенесена с самолета МБР-7 без каких-либо изменений. В остальном гидросамолет МБР-2-М-103 по своей геометрии, аэро- и гидродинамике, оборудованию ничем не отличались от серийных МБР-2-АМ34.
В МБР-2-М-103 была оперативно переоборудована одна из серийных летающих лодок, которая уже в ноябре 1939 г. была передана на совместные (военные и заводские) летные испытания. Они проходили в два этапа: с 14 по 27 ноября 1939 г. в Таганроге, а затем с 27 ноября по 19 февраля 1940 г. в Севастополе, Ведущим летчиком-испытателем от Летно-испытательного института авиации РКВМФ был капитан И.М. Сухомлин. Кроме него в экипаж входили штурман — старший лейтенант Данилов и борттехник — воентехник 1 ранга Анферов. Всего на МБР-2-М-103 выполнено 50 полетов с общим налетом в 35 ч 30 мин.
По результатам испытаний было отмечено, что МБР-2-М-103 обладает лучшими характеристиками, чем серийные МБР-2 (см. таблицу), превосходя их по максимальной горизонтальной скорости, скороподъемности, потолку, дальности полета, и имеет меньшее время разбега (особенно при использовании закрылков).
Отмечалось, что в эксплуатации МБР-2-М-103 не имеет особых отличий от серийных МБР-2-АМ-34НБ и не требует каких-либо новых средств оборудования гидроаэродромов.
Пилотажные характеристики гидросамолета также сильно не изменились, но летчики-испытатели указывали, что для управления самолетом требуется больше внимания, особенно на взлете, на виражах, на планировании и при разворотах. Мореходность МБР-2-М-103 осталась такой же, как и для серийных МБР-2, т. е. ветровая волна — до 0,8 м, ветровой накат — до 0,4 м.
Двигатель М-103 в эксплуатации был простым, основные подходы к его агрегатам для предполетного, послеполетного осмотра и регламентных работ — удовлетворительными. Запуск М-103 оказался значительно легче, чем АМ-34НБ, особенно при низких температурах воздуха. Однако винто-моторная группа МБР-2-М-103 была до конца не доведена заводом № 31, сказались сжатые сроки создания самолета. В отчете, в частности, указывалось, что «узким местом в процессе проведения испытаний было охлаждение масла».
Еще из недостатков было отмечено, что емкость бензиновых баков не обеспечивает использование самолета в качестве разведчика в перегрузочном варианте, при взлетном весе 4900–5100 кг. Военные высказали пожелание обеспечить живучесть бензиновых и масляного бака их протектированием, предусмотреть аварийный слив горючего в полете и дать возможность летчику запускать двигатель самостоятельно, без помощи борттехника или стрел ка-ради ста.
В отчете по испытаниям особое внимание обращалось на то, что из передней открытой турели прицельная стрельба возможна только до скорости 210 км/ч, так как «на скоростях выше 210 км/ч маневр с передней стрелковой точкой затруднен, вследствие сильного скоростного напора, который отрывает стрелка от оружия, что делает невозможным вести прицельную стрельбу». То есть на максимальных скоростях гидросамолет был беззащитен с передней полусферы, поскольку носовой LUKAC в этих условиях был годен только для «психологической» стрельбы в «белый свет как в копейку».