Во время Великой Отечественной войны Пе-2 был самым массовым советским бомбардировщиком. Эти самолеты участвовали в сражениях на всех фронтах, применялись сухопутной и морской авиацией в качестве бомбардировщиков, истребителей, разведчиков. Разработка Пе-2 была начата в середине 1938 года группой конструкторов ЦКБ-29 под руководством В.М.Петлякова. Это ЦКБ принадлежало Спецтехотделу НКВД - весь костяк конструкторского бюро состоял из заключенных. Владимир Михайлович Петляков до своего ареста в 1938 году возглавлял бригаду, проектировавшую новый тяжелый бомбардировщик ТБ-7 (Пе-8).

Объективная оценка состояния авиации потенциальных противников показала, что в ближайшие годы не следует опасаться массового применения высотных бомбардировщиков. В связи с этим отпадала и острая необходимость в высотных истребителях. В то же время основной фронтовой бомбардировщик СБ, сконструированный еще в 1934 году, явно устарел. Требовалась новая массовая машина для фронтовой авиации. В этот период в мире активно развивалась концепция пикирующего бомбардировщика. Первыми начали применять эту тактику летчики американского флота. Именно в США впервые построили специализированные самолеты-пикировщики палубной авиации, предназначенные для поражения кораблей противника. Высокая точность бомбометания с пикирования позволяла бомбардировщику поражать сравнительно небольшие цели на поле боя и в его ближайших окрестностях - танки, бронемашины, доты.

В нашей стране первым пикирующим бомбардировщиком стал Ар-2 Архангельского, представлявший собой модернизацию СБ. Однако конструкция СБ уже достаточно устарела, поэтому перспективы дальнейшего развития Ар-2 практически отсутствовали. Можно понять, почему Петлякову дали команду срочно переделать его истребитель ВИ-100 в пикирующий бомбардировщик. На переделку отводилось всего полтора месяца. Самолет показал высокие летные характеристики и, несмотря на аварии в ходе испытаний, было решено строить его серийно.

Серийный самолет имел некоторые отличия. Наиболее заметной внешней переменой было смещение вперед кабины пилота. За пилотом, чуть справа, находилось место штурмана. Носовая часть снизу была остеклена, что позволяло вести прицеливание при бомбометании. Штурман имел стрелявший назад пулемет ШКАС на шкворневой установке. За задней кромкой крыла находилось место стрелка-радиста, управлявшего подфюзеляжной установкой ШКАС.

Бомбовая нагрузка для машины таких габаритов, как Пе-2, была невелика, особенно с учетом того, что при пикировании можно было сбрасывать бомбы только с внешней подвески, так как никаких устройств для их выведения из бомбоотсека не имелось. Это объясняется двумя причинами: значительным собственным весом конструкции, обусловленным большим запасам прочности для пикирующего бомбардировщика - за точность бомбового удара приходилось чем-то платить, и недостаточной мощностью моторов, связанной с общим отставанием советского авиамоторостроения.

Передняя кабина, где сидели летчик и штурман, была неплохо оснащена приборами, в частности авиагоризонтом АТП и радиополукомпасом РПК-2. Гироприборов было мало, а автопилот вообще отсутствовал, но в большинстве случаев это не сказывалось на тактических возможностях самолета, поскольку Пе-2 предстояло действовать в прифронтовой зоне.

К началу военных действий машина была еще плохо освоена летчиками. Здесь сыграли свою роль и сравнительная сложность самолета, и принципиально новая для советских летчиков тактика бомбометания с пикирования, и отсутствие самолетов с двойным управлением, и конструктивные дефекты, в частности недостаточная амортизация шасси и плохая герметизация фюзеляжа, увеличивавшая пожароопасность. Накопленный боевой опыт вынуждал внести ряд изменений в первоначальную конструкцию машины. Первым подверглось ревизии вооружение. Четыре пулемета ШКАС не обеспечивали должного отпора немецким истребителям, которые господствовали в небе, а Пе-2 зачастую летали без сопровождения. Правый передний, штурманский и подфюзеляжный ШКАСы заменили пулеметом УБ 12,7мм. Уменьшилась площадь остекления носа фюзеляжа.

В январе 1942 года в авиационной катастрофе погиб В.М.Петляков. Самолет Пе-2, на котором летел конструктор, по пути в Москву попал в мощный снегопад, потерял ориентировку и врезался в холм в районе Арзамаса.

Продолжалось дальнейшее совершенствование самолета. Шкворневую установку у штурмана заменили экранированной турелью-башней, усилили бронезащиту и установили переносной пулемет ШКАС у стрелка. Стрелок-радист вел огонь через небольшие круглые окошечки, расположенные по бортам кабины, а иногда просто "с рук" через верхний люк кабины.

В ходе боев изменялась и тактика советских пикировщиков. В конце Сталинградской битвы уже применялись ударные группы по 30-70 самолетов вместо прежних "троек" и "девяток". Здесь родилась знаменитая полбинская "вертушка" - гигантское наклонное колесо из десятков пикировщиков, прикрывающих друг друга с хвоста и поочередно наносящих меткие удары. В условиях уличных боев Пе-2 действовали с малых высот предельно точно. Однако опытных летчиков все еще не хватало. Бомбы сбрасывали в основном с горизонтального полета, молодые пилоты плохо летали по приборам.

В 1943 году руководителем КБ был назначен В.М.Мясищев. Перед ним встала задача модернизации Пе-2 применительно к новым условиям на фронте. Моторы М-105РА заменили на форсированные М-105ПФ, улучшили аэродинамику и герметизацию самолета, модернизировали турель у штурмана, вместо коллекторов установили индивидуальные реактивные выхлопные патрубки, что дало дополнительный прирост скорости.

В 1944 году на фронт в значительном количестве начали поступать самолеты Ту-2, по всем основным параметрам превосходящие Пе-2. Однако до конца войны самолет Петлякова оставался основным советским бомбардировщиком.

• Пе-2 первоначальная серийная модификация
• Пе-2ВИ высотный истребитель с герметичной кабиной
• Пе-2Д трехместный вариант бомбардировщика сентября 1944 года с двигателями ВК-107A
• Пе-2И двухместный бомбардировщик с фюзеляжем измененной конструкции, увеличенным размахом крыла, бомбовым отсеком большего диаметра вместимостью 1000кг , двумя пулеметами калибра 12,7мм и двигателями ВК-107A мощностью 1650л.с.
• Пе-2К Пе-2И с двигателем ВК-105ПФ-1.
• Пе-2М трехместный вариант с подвижной установкой ВУ-5-20
• Пе-2 М-1 вариант с двигателем М-1
• Пе-2 М-82 вариант с двигателем М-82
• Пе-2МВ модификация, вооруженная двумя 20-мм пушками ШВАК, двумя пулеметами калибра 12,7мм, расположенными в подфюзеляжной гондоле, и одним пулеметом калибра 7,62мм, расположенным в надфюзеляжной турели.
• Пе-2Р(1) трехместный дневной разведывательный вариант с тремя-четырьмя фотокамерами, тремя пулеметами калибра 12,7мм и двигателями ВК-105ПФ.
• Пе-2Р(2) трехместный дневной разведывательный вариант 1944 года; сходен с моделью Пе-2Р(1), но с вооружением из трех 20-мм пушек ШВАК и двигателями ВК-107A
• Пе-2РД единственная модификация самолета Пе-2 с жидкостным ракетным двигателем Глушко РД-1 тягой 300кг, установленным в хвостовой части; испытан в период 1943-45гг
• Пе-2С двухместный тренировочный вариант
• Пе-2УТ/У двухместные тренировочные варианты, сохранившие полную бомбовую нагрузку, некоторые с четырьмя пулеметами: двумя калибра 12,7мм и двумя калибра 7,62мм; чешское обозначение - SB-32
• Пе-2Ф вариант с двигателем М-105Ф
• Пе-2ФТ основная серийная модель с весны 1942 года; сходна с моделью Пе-2МВ, но с убранными тормозными щитками и со вторым пулеметом калибра 7,62мм для стрелка-радиста.
• Пе-2Ф3 вариант имел измененную конструкцию кабины пилота, штурман располагался в турели с двумя пулеметами калибра 12,7мм
• Пе-2Ш обозначение модификации опытного самолета ПБ-100 с двумя 20-мм пушками ШВАК и одним пулеметом УБС калибра 12,7мм под фюзеляжем для ведения огня по наземным целям.
• Пе-3 обозначение самолетов-перехватчиков, на которых были убраны тормозные щитки, а вооружение состояло из двух 20-мм пушек ШВАК, двух пулеметов калибра 12,7мм, двух пулеметов калибра 7.62мм в носовой части и одного пулемета калибра 12,7мм в надфюзеляжной турели
• Пе-3бис ночной истребитель с вооружением из одной 20-мм пушки ШВАК, одного пулемета калибра 12,7мм и трех пулеметов калибра 7.62мм в носовой части; в поздних моделях вооружение состояло из двух 20-мм пушек ШВАК, трех пулеметов калибра 12,7мм и двух пулеметов калибра 7.62мм
• Пе-3М двухместный истребитель 1943 года с двигателями ВК-105ПФ и вооружением, состоявшим из двух 20-мм пушек ШВАК, трех пулеметов калибра 12,7мм и бомбовой нагрузки весом до 700кг
• Пе-3Р истребительный или разведывательный вариант с фотокамерами
• Пе-6Б основной серийный бомбардировщик с 1944 года; с улучшениями в конструкции и системах, вооружение состояло из трех пулеметов калибра 12,7мм и одного пулемета калибра 7,62мм
• Пе-27 вариант бомбардировщика сентября 1944 года с двигателями ВК-107A, бомбовой нагрузкой до 2000кг и вооружением из трех 20-мм пушек ШВАК