Существенное изменение летных данных при продолжающемся утяжелении машины могло принести только увеличение мощности двигателей. Работы по созданию вариантов Пе-2 с моторами М-107 и М-82Ф сопровождались преодолением больших трудностей, и неизвестно было, удастся ли довести машины до состояния, пригодного для использования в строевых частях. А в конструкторском бюро В.Я. Климова тем временем проводились работы по форсированию двигателей М-105П и М-105Р путем увеличения наддува с 910 до 1050 мм рт. ст. Моторы типа "П" отличались от "Р" измененной редукцией и позволяли устанавливать пушку в развале блоков цилиндров.

Форсированные моторы получили обозначения М-105ПФ и М-105РФ соответственно, но если первый из них был немедленно запущен в серию, то второй оказался менее удачливым. Несмотря на то, что летные данные Пе-2 с моторами М-105РФ несколько улучшились (максимальная скорость возросла на 16-21 км/ч, время набора высоты 5000 м уменьшилось на 1,5 мин, а длина разбега на 40-50 м), моторы М-105РФ из-за недостаточной надежности так и не стали серийными. Когда же на Пе-2 поставили "истребительные" моторы М-105ПФ, то наряду с некоторым увеличением скорости у земли, она заметно снизилась на высоте. Это объяснялось снижением КПД винта ВИШ-61Б на полном газу из-за излишне большой концевой скорости лопастей при переходе от редукции 0,59 к 0,667. Приходилось эксплуатировать "пешку" при пониженных оборотах моторов.

Следует отметить, что НИИ ВВС возражал против подобной замены моторов. Заместитель начальника института генерал-майор Федоров в письме главному инженеру ВВС Репину утверждал: "Установка М-105ПФ на Пе-2 никаких выгод не дает... Скорость Пе-2 будет на 40-70 км/час меньше, чем у Me-109 во всем диапазоне высот..." И все же решение о замене М-105РА на М-105ПФ состоялось. Со 179-й серии (в начале 1943 г.) на все бомбардировщики стали ставить М-105ПФ, на разведчиках еще некоторое время сохранились М-105РА. При этом первоначально на серийных Пе-2 оставались винты ВИШ-61Б, оптимизированные для варианта РА. Главной причиной замены было все же стремление сократить номенклатуру выпускаемых моторов, и за счет этого увеличить объем производства. М-105РА с производства сняли, тип РФ — не запускали.

Звено Пе-2 в полете

Двигатели М-105ПФ ставились на фронте и на машины более раннего выпуска. Поскольку капоты моторов РА и ПФ не были взаимозаменяемы, то старые капоты разрезали и приклепывали к ним новые самодельные секции. Всего за 1942 г. два завода, № 22 и № 39, выпустили больше самолетов, чем годом раньше четыре завода — 2392 экземпляра. Трудоемкость изготовления одной машины снизили до 13,2 тыс. человеко-часов по сравнению с 25,3 тыс. в 1941 г. Это произошло отчасти за счет упрощения конструкции отдельных узлов, снятия части оборудования. Например, с осени 1941 г. РПК-2 ставили только на один самолет из трех, а затем — только на разведчики. В июле 1942 г. НКАП отдал распоряжение монтировать радиопередатчики только на каждой третьей машине, на остальных — только приемники.

Самолеты с М-105ПФ в массовых количествах не успели попасть на фронт к началу советского контрнаступления под Сталинградом. Но положение здесь и так уже изменилось в нашу пользу: противодействие противника резко ослабло. Дневные бомбардировщики перешли на нанесение сосредоточенных ударов; вместо прежних вылетов тройками и девятками работали крупными группами по 30-70 самолетов. Кроме того, освоили тактику ведения воздушной разведки в глубоком тылу противника одиночными самолетами и парами. Под Сталинградом действовало на 19 ноября 519 Пе-2 — почти половина всех бомбардировщиков. В 8-й воздушной армии их было немного, но к операции было привлечено свыше 200 пикировщиков из резерва Ставки ВГК,.

Удары пикирующих бомбардировщиков наносили большой ущерб врагу. Например, в период организации немцами "воздушного моста" в Сталинград Пе-2 привлекались к уничтожению немецкой транспортной авиации на аэродромах. 30 декабря 1942 г. шесть Пе-2 из вернувшегося в октябре на фронт 150-го бап сожгли на аэродроме Тормосин 12 немецких трехмоторных самолетов Ju 52/3m. Под Сталинградом на Пе-2 сражались и женщины-летчицы. В декабре 1942 г. свой первый боевой вылет совершили на немецкие позиции в руинах Сталинградского тракторного завода экипажи 587-го женского бап (впоследствии 125-го гв. бап).

Общее улучшение обстановки сказалось и на потерях "пешек". Противник был морально подавлен, система ПВО его войск и объектов нарушена. В результате части 2-го бомбардировочного авиакорпуса (бак), сражавшиеся на этих бомбардировщиках под Сталинградом, несли потерь примерно в 4,4 раза меньше, чем ранее в среднем. Пе-2 успешно громили немцев и на других фронтах.

Например, в мае 1943 г. 12 пикировщиков из 73-го бап ВВС Балтийского флота разрушили Нарвский мост, резко затруднив снабжение немецких войск под Ленинградом. Мост восстанавливали месяц, поскольку новую ферму пришлось везти из Германии.

Среди основных недостатков действий Пе-2 в тот период надо указать неполную загрузку самолетов. Обычно самолеты несли не более 700 кг бомб, хотя отдельные наиболее подготовленные экипажи летали с 1000 кг бомб (и даже 1200 кг — 779-й бап). Кроме традиционных фугасных, осколочных и зажигательных бомб применялись и более редкие.

Так, в мае 1943 г. перед 34-м бап была поставлена задача разрушения моста через Лугу в районе города Толмачев. Попытки разбомбить мост обычными бомбами с привлечением лучших экипажей закончились безуспешно. Экипаж старшего лейтенанта С.Н. Глинского после нескольких тренировок уничтожил мост, сбросив две мостовые бомбы МАБ-250 с первого захода. Ему не помешало даже то, что на боевом курсе самолет был поврежден огнем зенитной артиллерии противника.