Опыт применения Ту-2 для решения различных боевых задач привел ВВС к выводу о необходимости создания нового типа фронтовой машины - скоростного дневного бомбардировщика (СДБ). Высокие скорости и большие высоты полета должны были обеспечить ему возможность нанесения дневных бомбовых ударов по вражеским объектам без сопровождения истребителей. Самолет должен был нести бомбы калибром до 2000кг во внутреннем бомбоотсеке, иметь мощное оборонительное и наступательное вооружение. Наиболее подходящей в качестве базовой машины при создании такого самолета ВВС сочли Ту-2.

В конструкции СДБ были использованы многие элементы серийного Ту-2. Он отличался от Ту-2 двигателями и небольшими переделками центроплана и фюзеляжа. Было построено две машины, отличавшиеся составом вооружения, оборудования и составом экипажа. Первый двухместный прототип СДБ с двигателями АМ-39 вышел на испытания в мае 1944 года, второй с экипажем из трех человек и двигателями АМ-39Ф - осенью 1944 года. Достигнута скорость 645км/ч.

Испытания показали, что машина по своим летным данным значительно превосходит однотипные отечественные и зарубежные самолеты, в том числе и Mosquito. Однако в серии самолет не строился, так как уже начинались испытания машины Ту-10, от которой ждали еще более высоких характеристик.