Бортовая установка под пулемет ШКАС была введена на 23-й серии в конце июля 1941 г. Стрелок О. Тапханаев сбил два вражеских самолета. Хорошо видно, что перед люком стрелка имеется небольшой откидной козырек	Пе-2 с подвеской десяти реактивных снарядов РС-132 на испытаниях, сентябрь 1941 г.

Кроме того, легко воспламенялась перкалевая обшивка хвостового оперения. При попадании пуль и снарядов рули высоты быстро теряли свою эффективность. В то же время известны случаи удивительной живучести Пе-2. Так, самолет № 16/16 получил 96 пробоин, причем были пробиты все бензобаки, но самолет так и не загорелся.

Важную роль в доведении Пе-2 до "эксплуатационных кондиций" сыграло создание 410-го бап особого назначения, сформированного из испытателей НИИ ВВС. Командовал полком полковник А.И. Кабанов, занимавший перед войной должность заместителя начальника института по летной части. Под его руководством в июле отрабатывалось бомбометание с пикирования. Полк сразу же включился в боевые операции в сражении под Смоленском.

Первый вылет полк совершил в полном составе (32 экипажа) на бомбежку переправ через Западную Двину. Противнику был нанесен большой урон.

Но и полк заплатил дорогой ценой. С 5 по 28 июля 1941 г. его потери составили 33 самолета. Каждую третью машину потеряли не в воздушных боях: три "пешки" потерпели аварию, три были разбиты немецкими бомбами на аэродроме, две пришлось сжечь при отступлении, случилась и катастрофа. Остальные были сбиты истребителями и зенитками, сделав в среднем менее 11 самолето-вылетов. По мнению летного состава, столь большие потери объяснялись отказами оружия, а также слабостью бронирования. Сумевший выпрыгнуть с парашютом из горящего самолета стрелок-радист Ратников писал: "Нет ничего ужаснее, когда видишь вплотную подошедшего врага, смотришь ему буквально в глаза и не можешь уничтожить из-за отказа оружия".

Противник быстро определил слабые места "пешки" и изменил тактику атак. Если ранее предпринимались попытки сбивать советские бомбардировщики на встречных курсах, то позднее опытные немецкие летчики и прежде всего командир JG 51 подполковник В. Мельдерс стали рекомендовать преследование Пе-2 сзади, ведение огня короткими очередями с больших дистанций, а в случае прекращения ответной стрельбы — приближение и расстрел в упор зажигательными пулями центральных бензобаков.

В ответ на подобную тактику немцев летно-технический состав 410-го полка начал поиск адекватных мер. В частности, предложили немедленно доработать люковую установку, изменив конструкцию гибкого рукава питания; смонтировать боковую огневую точку с возможностью перестановки пулемета с борта на борт; ввести дистанционную установку в хвостовом коке (ее разработал конструктор Муреев). Все эти усовершенствования со временем взяли на вооружение. Однако 410-й полк воевал недолго: в октябре 1941 г. его расформировали, а специалистов отозвали для продолжения работы в тыл.

Пе-2 серии 105