С 1935 года корпуса и башни танков стали изготавливать с использованием электросварки. Боекомплект пушки уменьшился до 122 выстрелов (у машин с радиостанцией — 82), была увеличена емкость топливного бака. Масса танка возросла до 9,6 т. В 1936 году ввели съемный резиновый бандаж на опорных катках, изменили натяжной механизм и в нише башни установили второй пулемет ДТ. При этом боекомплект пушки сократился со 136 до 102 выстрелов (на танках без радиостанции), а масса танка возросла до 9,65 т. В 1937 году на части машин стали монтировать зенитные пулеметы ДТ на турельных установках. На пушке поставили две фары-прожектора так называемого боевого света, ввели новое ВКУ-3 и переговорное устройство ТПУ-3. Двигатель форсировали, и его максимальная мощность возросла с 90 до 95 л.с. В 1937 году выпускались только радиотанки, причем с радиостанциями 71-ТК-З. Боекомплект танков с радиостанцией достиг 147 выстрелов (107 у танков без рации) и 3087 патронов. Масса танка составила 9,75 т.
В 1938 году на Т-26 вместо цилиндрической установили башню конической формы с 45-мм пушкой обр. 1934 года. В пушках выпуска 1937 и 1938 годов появился электрический затвор, обеспечивавший производство выстрела ударным способом и с помощью электротока. Пушки с электрозатвором оснащались телескопическим прицелом ТОП-1 (с 1938 года — ТОС), стабилизированным в вертикальной плоскости. В отличие от танков прежних выпусков, имевших один 182-литровый топливный бак, на машине поставили два таких бака емкостью 110 и 180 л, что позволило увеличить запас хода. Боевая масса составила 10,28 т.
Танки Т-26 с конической башней и прямой подбашенной коробкой различались наличием или отсутствием радиостанции 71-ТК-З с поручневой антенной, кормового башенного пулемета ДТ, зенитной пулеметной установки и прожекторов боевого света. Кроме того, существовало два типа конических башен — со сварным и штампованным лобовыми щитами. На части танков, главным образом с радиостанциями, устанавливалась командирская панорама ПТК.
В 1939 году прошла очередная модернизация танка, в ходе которой ввели подбашенную коробку с наклонными бронелистами, на части машин изъяли кормовой пулемет, а вместо него смонтировали дополнительную боеукладку на 32 снаряда. В результате боекомплект на танках без радиостанции возрос до 205 выстрелов и 3654 (58 дисков) патронов. На танках с рацией он составлял 165 выстрелов и 3213 патронов. Переговорное устройство ТПУ-3 было заменено на ТПУ-2. Некоторым изменениям подвергся двигатель (поднята степень сжатия), после чего его мощность достигла 97 л.с. Подверглась изменениям и ходовая часть, главным образом в сторону усиления подвески. От танков Т-26 предыдущей модификации машины с наклонной подбашенной коробкой отличались и наружной укладкой ЗИПа.
В 1940 году был проведен последний цикл изменений конструкции танка Т-26. На часть машин во время войны с Финляндией установили экраны. Цементированную броню подбашенной коробки толщиной 15 мм заменили на гомогенную толщиной 20 мм. Кроме того, ввели унифицированный смотровой прибор, новый погон башни и бакелетирование топливных баков. Масса Т-26 с экранами превысила 12 т.
На базе Т-26 выпускалось большое количество боевых машин специального назначения: огнеметные танки XT-26, ХТ-130 и ХТ-133, мостоукладчики СТ-26, телемеханические танки ТТ-26 и ТУ-26, самоходно-артиллерийские установки СУ-5-2, артиллерийские тягачи, бронетранспортеры и др.
Первым танковым соединением, получившим Т-26, была 1-я механизированная бригада имени К.Б. Калиновского (МВО). Машины, поступившие в войска до конца 1931 года, не имели вооружения и предназначались в основном для обучения. Более или менее нормальная их эксплуатация началась только в 1932 году. Тогда же был утвержден новый штат мехбригады, по которому в ее составе должно было быть 178 танков Т-26. По этому штату началось формирование и других механизированных бригад.