Всю первую половину 1942 г. остро стоял вопрос недопоставок заводами НКАП запасных частей и групповых комплектов ЗИП для восстановления боеспособности машин. Общей бедой всех типов советских самолетов в то время было низкое качество ремонта. Наиболее тяжелое положение сложилось с двигателями М- 105Р, так как они выходили из строя намного чаще по сравнению с "истребительным" вариантом М-105П. "Пешки" летали, в основном, на средних высотах, на второй скорости нагнетателя. Их моторы работали в более напряженном режиме, чем у Яков и ЛаГГов, нечасто поднимавшихся выше 3000 м. Большую помощь боевым полкам оказывали полевые авиаремонтные мастерские. Увеличение выпуска Пе-2 (в мае 1942 г. — 248, по сравнению со 125 — в январе) позволило ускоренно формировать новые авиаполки. В январе-апреле 1942 г. они уходили на фронт с темпом от одного до трех в месяц, в мае — уже по шесть, а в июне —по двенадцать.

Наряду с количественным ростом авиапарка несколько улучшилась (по сравнению с 1941 г.) подготовка летного состава. В запасном авиаполку налет экипажа бомбардировщика увеличился с 7 до 13 ч. Больше внимания стали уделять бомбометанию, воздушной стрельбе и навигационной подготовке. Среди недостатков надо отметить неготовность экипажей к индивидуальным действиям в сложных метеоусловиях или при бомбометании с пикирования.

Не оправдались надежды, что после замены винтов с "обратной" схемой регулирования шага на агрегаты с "прямой" и устранения их раскрутки при вводе в пике, Пе-2 наконец станет полноценным пикировщиком. Наоборот, во многих полках практиковали снятие с машин тормозных решеток с механизмом их выпуска. Обоснованием для такого "усовершенствования" было желание облегчить самолет и сделать его быстроходнее. Некоторые командиры доказывали, что и в этом случае Пе-2 уверенно пикирует и поражает цели.

Инженер В.Я. Бурдынский (в кабине) опробывает моторы после ремонта

По указанию главного инженера ВВС А.К. Репина летчик НИИ ВВС М.П. Субботин провел специальные испытания Пе-2 на пикирование без тормозных решеток. Оказалось, что их изъятие увеличило максимальную горизонтальную скорость всего на 3 км/ч. В то же время "в чистом виде" скорость на пикировании нарастала очень быстро, и пилоту для наводки на цель оставалось не более 5-6 с. Кроме того, существовавшие прицельные таблицы стали совершенно непригодны для бомбометания. Такой опытный пилот, как капитан Субботин, считал, что выполнение задания возможно, но требует предварительной тренировки. Вот почему заместитель начальника НИИ ВВС генерал П.И. Федоров сделал следующее заключение: "Считаю, что снимать тормозные решетки с бомбардировщика Пе-2 нецелесообразно. Такую практику в строевых частях немедленно запретить. Потребовать от НКАП улучшить систему аварийной уборки тормозных щитков, так как их неудовлетворительная работа была одной из основных причин, почему на фронте постоянно ставят этот вопрос".

Аварийная уборка тормозных решеток занимала до 10-15 мин. Для этого штурману сначала требовалось сдвинуть патронный ящик, убрать сиденье, снять парашют и отодвинуть раму. Да и усилие требовалось немаленькое. С фронта сообщали: "Слабосильный штурман вообще не может убрать тормозную решетку аварийным механизмом". Во время уборки штурман не мог ни наблюдать за воздухом, ни, тем более, стрелять. Неубранные же аэродинамические тормоза снижали скорость Пе-2 примерно на 60 км/ч. Поэтому экипажи предпочитали бомбить с пологого пикирования, не выпуская решеток.

28 июня 1942 г. началось летнее наступление немецко-фашистских войск — мощный удар на Воронеж наносила группа "Рейх", поддержанная с воздуха основными силами 4-го воздушного флота. Последние нанесли тяжелый урон авиаторам 2-й воздушной армии, фактически разгромив ее истребительную авиацию. Советские бомбардировщики были вынуждены выполнять задания без истребительного прикрытия. У противника на юге истребительная авиация была сильной и многочисленной. Это объясняет, почему в своих мемуарах генерал Ф.П. Полынин, тогда заместитель командующего воздушной армией, пишет о "трагедии с 223-й бомбардировочной дивизией" (командир полковник И.К. Косенко). Например, 24-й Краснознаменный бомбардировочный авиаполк, имевший отлично слетанные, натренированные экипажи за короткое время потерял и командира Героя Советского Союза Ю.Н. Горбко, и комиссара И.М. Бециса, и многих других.

Из-за невероятно сложной обстановки не все героические дела экипажей "пешек" получили достойное освещение в литературе. Одним из таких подвигов стал огненный таран вражеских танков, совершенный 8 июля 1942 г. экипажем младшего лейтенанта А. Оганджаняна из 507-го бап. Когда самолет был поврежден зенитной артиллерией около Семилуки, то летчик направил машину на танковую колонну врага. Летевший рядом Н.С. Гуляев, впоследствии удостоенный Золотой Звезды Героя, слышал последние возгласы своих друзей и засвидетельствовал, что Пе-2 управлялся вплоть до момента взрыва...

Серьезным испытанием и для летчиков, и для боевых машин стало их участие в оборонительном сражении под Сталинградом. Немногочисленные Пе-2 бомбили моторизованные колонны немцев в излучине Дона и большое внимание уделяли воздушной разведке. В то же время они наносили крайне мало ударов по вражеским аэродромам, железнодорожным и автомобильным магистралям, т. е. почти не вели борьбу с оперативными резервами врага.