Бомбардувальники СБ-2 були одними з перших літаків, які прибули до Іспанії з СРСР під час громадянської війни. До жовтня 1936 року іспанські республіканські ВПС мали вже 31 літак цього типу, а загальна кількість поставок СБ до Іспанії за весь період збройного конфлікту оцінюється приблизно в 170 – 200 примірників. Республіканці дали їм прізвисько «Катюшка». У початковий період війни ці літаки мали перевагу в швидкості і висоті польоту над винищувачами противника. Однак поява в небі Іспанії винищувачів Bf 109 змінила ситуацію, так як тепер вони вже мали перевагу в швидкості, тим самим позбавивши бомбардувальники SB-2 основної переваги. Недостатнє оборонне озброєння і незахищеність паливних баків катюш також робили їх занадто вразливими для нових винищувачів, які воювали на боці франкістів. Перший SB був збитий винищувачем Bf 109 23 липня 1937 року, і надалі втрати продовжували зростати. До кінця війни в республіканських ВПС залишилося близько 20 таких літаків.