"Люфтваффе" по-прежнему были очень сильны. Поэтому за июль 1942 г. убыль 8-ой воздушной армии составила 46 Пе-2. Причем один был сбит в бою, один - зенитками, один сгорел на аэродроме, а 24 значились "не вернувшимися с боевого задания" (остальные были повреждены и сданы в ремонт). По-видимому, отставшие от основного строя экипажи были потеряны либо уничтожены. Отсутствие текущего пополнения позволило противнику быстро обескровить полки бомбардировочной авиации. 86-й, 99-й, 140-й, 275-й, 279-й, 797-й бомбардировочные полки, в разное время входившие в 270-ю бад полковника С.А. Егорова, по очереди отводились в тыл на переформирование. Такая практика, препятствовавшая накоплению боевого опыта, привела к тому, что потери экипажей "пешек" оказались значительно выше (на каждый самолетовылет), чем у полков, летавших на одномоторных бомбардировщиках Су-2. Подобное положение объяснялось тем, что некоторые пилоты и штурманы из полков, вооруженных Су-2, имели еще довоенную выучку.

Новыми моментами в тактике действий Пе-2 в этот период можно считать переход к бомбометанию с больших высот (порядка 7000-8000 м). Немецкие истребители боев на этих высотах почти не вели, и потери Пе-2 снизились. Обстановка изменилась в октябре 1942 г., когда были отмечены первые случаи атак советских бомбардировщиков сверху с пикирования новыми немецкими истребителями Мессершмитт Bf 109G-1 с гермокабинами. С их помощью противник начал вести активную борьбу и на больших высотах.

Как и ранее, с пикирования Пе-2 бомбили редко. Чаще других применял этот прием 150-й бап подполковника И.С. Полбина. Хотя на переучивание с СБ на Пе-2 полку были отведены весьма сжатые сроки, летчики хорошо освоили новую машину. Экипажи этого полка были в числе немногих, летавших не только днем, но и ночью. В частности, ими было уничтожено крупное бензохранилище в районе станции Морозовской. Интересно, что этот хорошо охраняемый склад был ликвидирован всего парой Пе-2 — самим Полбиным и Л.В. Жолудевым, каждый из которых сбросил по четыре ФАБ-100. Хранилище после атаки горело больше недели.

Вот как описывал этот исключительно удачный удар сам Жолудев: "Уточняю угол пикирования, вношу небольшую поправку и намертво фиксирую штурвал. Теперь Пе-2 несется к земле как снаряд. Впереди, на той же прямой, вижу самолет Полбина. Но вот командир выводит машину из пикирования, и она исчезает за верхним обрезом моего фонаря кабины. И в ту же секунду, когда я нажимаю кнопку сброса бомб, в овраге заметались яркие всполохи, я отчетливо увидел, как одна из цистерн раскололась, лопнула радужным пузырем. Там, куда послал свои бомбы командир, заклубился густой черный дым".

Врагу нанесли большой урон, но и полк Полбина понес значительные потери. Прибыв в составе особой авиагруппы под Сталинград 13 июля, он уже 31-го был вынужден отправиться в тыл на переформирование. Основная причина — одиночные Пе-2 оказались очень уязвимыми при выходе из пикирования. Поэтому необходимо было обеспечить их защиту при заходе на цель и при выходе в горизонтальный полет, а истребителей по-прежнему не хватало.

Осенью общее ухудшение обстановки на фронте, захват немцами обширных пространств вплоть до Волги вызвал резкое снижение объемов и номенклатуры выпускаемых промышленностью дюралюминиевых листов и профилей.

Пришлось в ряде случаев увеличивать толщину обшивки самолета с 0,8 мм до 1 мм или с 1,2 мм до 1,5 мм, что вело к возрастанию веса машины. Поставки листов уменьшенных размеров, наличие в них брака — волнистости и трещин — заставили вводить непредусмотренные исходной конструкцией стыки, часто выполняемые внахлест. Носок консолей стали делать из нескольких кусков. Все это негативно сказалось на летных данных серийных самолетов Пе-2. Скорость на второй границе высотности упала к середине сентября 1942 г. до 494 км/ч. Здесь сказалось и увеличение веса, и технологические погрешности, и новая более громоздкая турель ВУБ-1. Более того, конструкторы зачастую вынуждены были идти на заведомое ухудшение весовых характеристик самолета.

С сентября 1942 г. завод № 22 остался фактически единственным производителем Пе-2. Завод № 39 переключили на постройку Ил-4. Последние 14 пикировщиков сдали там в декабре. Некоторую помощь оказывал завод № 81, рабочие которого в опустевших цехах эвакуированного завода № 22 собирали Пе-2 из привозных деталей и узлов. Всего это предприятие выпустило 42 новых бомбардировщика. Еще девять собрали из узлов, доставленных с разделочных баз, т.е. из частей разбитых самолетов.

Трудности со снабжением заставили искать замену цельнометаллическим узлам самолета. Опыта работы с деревом у специалистов завода № 22 не имелось - они всегда строили только цельнометаллические машины. Обратились к уже упомянутому заводу № 81. Там спроектировали и изготовили опытные образцы деревянных хвостовой части (Ф-3). мотогондолы, а также люков и зализов. Кое-что из этого позднее испытали в воздухе.

В Казани на серийной машине № 20/115 была смонтирована хвостовая часть фюзеляжа, выполненная из дерева (шпангоуты деревянные, обшивка фанерная). Аналогичную конструкцию имел и стабилизатор, а кили остались металлическими. Летчик майор Ашитков выполнил с деревянным хвостом полную программу испытаний, включая пикирование с углами 60-65° как с выпущенными тормозными решетками, так и без них при перегрузке на выходе до 3-3,5 единиц.

Деформаций и поломок не было, но очевидцы вспоминают, что военпред завода усомнился в прочности стыка стабилизатора с Ф-3. Самолет передали в ЦАГИ, где на нем помимо исследований на прочность выполнили ряд доработок по рекомендациям местных специалистов. После завершения исследований ведущий инженер Л.Л. Селяков распорядился выполнить на машине полет "на всю катушку", включая крутое пикирование и виражи с креном 70-80°, причем сам он забрался в хвост самолета без парашюта. После полета Селяков. по его воспоминаниям, вылез из самолета испуганным, но сумел убедить военпреда в прочности машины.

В дальнейшем на отдельных Пе-2 разных серий устанавливались деревянные Ф-3 и стабилизаторы, но в связи с отсутствием на заводе № 22 базы для их массового выпуска, масштабы производства Пе-2 смешанной конструкции оставались относительно небольшими. Прижился только деревянный хвостовой кок, который, впрочем, в дальнейшем вызвал нелестные отзывы из войсковых частей из-за коробления и разбухания фанерной обшивки. Из-за нехватки органического стекла значительно уменьшили площадь остекления кабин. Сперва исчез прозрачный "пятачок" спереди, затем небольшие прямоугольные окошки сверху в хвостовой части, постепенно сузилось остекление сбоку в носовой части и, наконец, последнее совсем исчезло, и осталась только плоская панель снизу.