В начале 1940 года в КБ Туполева в Специальном Техническом Отделе (СТО), где были сосредоточены арестованные авиаинженеры, началась разработка фронтового пикирующего бомбардировщика. Самолету дали название ФБ, официальный шифр "103" (по номеру КБ Туполева), а по нумерации КБ обозначение АНТ-58. В начале 1941 года машина проходила государственные испытания, закончить которые помешала война.

Экипаж бомбардировщика "103" состоял из трех человек, а штурман находился в задней части фюзеляжа возле пулеметной турели. Военные предложили доработать самолет, разместив пилота и штурмана в одной кабине, а возле пулемета посадить второго стрелка. В результате экипаж бомбардировщика увеличился до четырех человек, а оборонительных пулеметов стало три. Самолет "103У" вышел на испытания в мае 1941 года.

Продолжавшееся наступление немцев требовало для борьбы с ними все большего количества штурмовиков Ил-2. Их выпуск сдерживала нехватка моторов АМ-38. Поэтому в октябре 1941 года вышло постановление о том, чтобы заводы, строившие АМ-37, перешли на выпуск двигателей АМ-38Ф. Выпуск двигателей АМ-37 был прекращен. Это привело к появлению варианта "103В" с радиальным двигателем М-82 конструкции Швецова. Именно эта модификация и была запущена в серийное производство.

Мотор М-82, а затем его модификации стали основными двигателями, применявшимися на самолетах Ту-2. Это двухрядная 14-цилиндровая звезда с укороченным ходом поршня. Основные недостатки моторов были устранены к моменту окончания испытаний самолета "103В", и в дальнейшем он оказался надежным, простым в эксплуатации и живучим в бою двигателем. В декабре 1942 года появилась модификация М-82Ф, допускавшая работу на взлетном режиме без ограничения времени, а в следующем году в серию пошел мотор М-82ФН с непосредственным впрыском топлива в цилиндры.

В марте 1942 года самолету было присвоено обозначение Ту-2. Первая серия из пяти самолетов была закончена в апреле 1942 года. В мае три самолета были переданы НИИ ВВС для прохождения испытаний. Уже в конце мая одна машина была серьезно повреждена на пробеге после посадки, через три дня по невыясненой причине погиб в катастрофе второй самолет. Только к осени основные недостатки машины были устранены и завод вышел на устойчивый ритм выпуска бомбардировщиков. Но в октябре 1942 года пришел приказ о прекращении постройки самолетов Ту-2. К этому времени построили всего 80 машин.

Вооружение самолета менялось. В верхних стрелковых точках установили крупнокалиберные пулеметы УБТ. В нижнем люке остался пулемет ШКАС. Два пулемета стояли в носовой части фюзеляжа для стрельбы вперед. В корне крыла установлены две пушки ШВАК. Нормальная бомбовая нагрузка составляла 1000кг, но самолет мог нести в бомболюке три однотонных бомбы. Под крылом разместили направляющие для десяти реактивных снарядов РС-132. Для защиты от истребителей пробовали установить шесть ракет для стрельбы назад, но такое оружие оказалось неэффективным и от него отказались.

Но результаты боевого применения самолета оказались хорошими. Самолет получил высокие отзывы от пилотов, ранее летавших на Пе-2. Самолет хорошо вооружен, имеет высокую скорость, может брать большую бомбовую нагрузку, хорошо управляется при одном работающем двигателе. Но существенным недостатком самолета была невозможность его эффективного применения в качестве пикирующего бомбардировщика. Позднее с самолетов сняли аэродинамические тормоза и вовсе отказались от идеи использовать его в роли пикировщика. В войну пикирующим бомбардировщиком остался Пе-2, а Ту-2 стал средним бомбардировщиком.

После разгрома немцев на Курской дуге и перехода Красной Армии в стратегическое наступление, остро потребовался бомбардировщик с приличными бомбовой нагрузкой и дальностью полета. В июле 1943 года вышло постановление о возобновлении производства Ту-2. Но это уже была несколько другая машина. За прошедший год КБ значительно усовершенствовало Ту-2, подняв надежность работы ее систем и улучшив летные данные.

Стандартный тип Ту-2С получил двигатели М-82ФН. Вооружение состояло из двух пушек ШВАК и трех пулеметов УБТ. Передние пулеметы ШКАС демонтировали. Сняли тормозные решетки и автомат пикирования. Переставной стабилизатор закрепили неподвижно. Упростили и унифицировали состав оборудования. Были проведены работы по облегчению массы конструкции и улучшению технологичности изготовления планера. Путем небольших доработок из "стандартного" типа можно было получить разведчик, дальний бомбардировщик или учебный самолет. В связи с дефицитом алюминия часть элементов конструкции выполнялась из дерева.

Массовое применение бомбардировщиков Ту-2 началось летом 1944 года. Уже в первые месяцы очевидной высокая эффективность бомбардировщика. Но дали о себе знать и недостатки. Бомб большой массы часто не было на складах, а взлетно-посадочные полосы были коротковаты. Летать часто приходилось достаточно далеко. Все это снижало эффективность самолета. Средняя бомбовая нагрузка составляла 1200кг и лишь позднее ее удалось поднять до 1350кг. Бомбардировщики Ту-2 применялись только днем для бомбометания с горизонтального полета, в основном по крупным узлам обороны. Машины берегли и все боевые вылеты проводились при интенсивном прикрытии истребителями. Ту-2 не стал основным советским бомбардировщиком, каким оставался Пе-2.

Бомбардировщик Ту-2 вполне отвечал требованиям даже первых послевоенных лет и был одним из немногих военных самолетов, выпуск которых продолжался и после победы вплоть до 1948 года, а в модификации с двигателями АМ-39ФН2 (Ту-10) до 1951 года. Ту-2 сняли с вооружения советских ВВС в середине пятидесятых годов, но еще долго машины использовались в учебных частях.

• 103 Первый опытный самолет с двигателями АМ-37.
• 103У Второй опытный самолет. В передней кабине теперь размещались и летчик и штурман. Освободившееся место в задней кабине занял четвертый член экипажа - стрелок-радист. Верхнюю заднюю полусферу теперь защищало два пулемета ШКАС вместо одного.
• 103В Третий опытный самолет с двигателями М-82.
• Ту-2 (1941) Серийный самолет. Было предложено снять неподвижные пулеметы в носовой части фюзеляжа как малоэффективные, и заменить пулеметы ШКАС, обороняющих заднюю полусферу на крупнокалиберные пулеметы Березина. У стрелка-радиста сдвижной фонарь обтекатель заменили козырьком.
• Ту-2Р (1942) Разведывательный. С повлением серийных Ту-2 встал вопрос о создании его разведывательного варианта, разработка которого началась весной 1942 года. Помимо размещения фотоаппаратуры разрабатывалось новое аэронавигационное оборудование, автоматика для управления различными АФА и многое другое. Для увеличения дальности полета до 2500км в бомбовом отсеке подвешивался дополнительный бензобак. Из оборонительного вооружения на самолете остался один 12.7-мм пулемет УБС.

  Поскольку в первую очередь фронту требовались все-таки бомбардировщики, работы по разведчику продвигались медленно. Только в декабре 1942 года завод передал ВВС три из пяти заказанных разведчиков. В 1944 году самолет успешно прошли войсковые испытания и был запущен в серийное производство под обозначением Ту-6.

• Ту-2С (1943) "Стандартный тип". Упрощенная и унифицированная модификация с двигателем М-82ФН. На основе "стандартного типа" путем лишь незначительных изменений в конструкции по особому заказу легко могли быть созданы дальний бомбардировщик, пикирующий бомбардировщик, разведчик, тренировочный самолет.
• Ту-2Д (1944) Дальний бомбардировщик. Состав экипажа увеличили до пяти человек добавив в экипаж второго пилота. Носовую часть удлинили на 600мм, увеличили площади консолей крыла и оперения, увеличили емкость топливных баков. Бомбовая нагрузка возросла до 4000кг. Вооружение состояло из трех пулеметов Березина и двух пушек ШВАК. Оборудование самолета обеспечивало пилотирование на дальние дистанции при любых метеоусловиях, в любое время суток. Предполагалась замена моторов АШ-82 на моторы жидкостного охлаждения АМ-39, АМ-44 или дизельные АЧ-30БФ. Однако все эти моторы оказались недоведенными.

  Самолет проходил заводские испытания с октября 1944 года по май 1945 года. Хотя характеристики самолета были близки к заданным, не было выполнено главное требование по дальности полета. Необходимо было увеличить запас топлива, усилить элементы конструкции, шасси. Все это требовало серьезных доработок. Работы по совершенствованию и развитию Ту-2Д проводились ОКБ уже в послевоенное время.

• Ту-2Ш Опытный штурмовик, с различным вооружением:
  • (1944) Батарея ППШ: 88 автоматов ППШ на платформе. Система имела большую эффективность огня, но кратковременность залпа и необходимость возвращения на базу для перезарядки сводила на нет все преимущества.
  • (1944) Орудие 7,62мм. Штурман выполнял обязанности заряжающего. Из-за большой отдачи при стрельбе на летные испытания самолет не передавался.
  • (1946) Двухместный штурмовик с мощным пулеметно-пушечным вооружением. Две пушки НС-45 и две пушки НС-37 в носу фюзеляжа, две пушки ШВАК в корнях крыла, пулемет УБТ для защиты задней полусферы. В серии не строился.
  • (1946) Двухместный штурмовик с 57-мм пушкой РШР-57. В серию не пошел из-за того, что боевые стрельбы показали малую эффективность применения авиационных пушек большого калибра.
• Ту-2 АШ-83 (1945) Модификация с двигателями АШ-83ФН. В серию не пошла в силу отсутствия серийного производства моторов АШ-83.