Экипаж А. А. Гнедого, 40-й бап ВВС Черноморского флота
Заметное пополнение в виде двадцати "пешек" в начале марта 1942 г. получил Северный флот. Сюда прибыл 95-й иап майора А.В. Жатькова, переданный из состава ВВС Красной Армии. Полк, вооруженный тяжелыми истребителями Пе-3, в течение месяца знакомился с районом боевых действий. В предвидении прихода на Север очередных конвоев союзников (19 апреля в Мурманск прибыли пять судов из каравана PQ-14, а 6 мая — 20 судов из состава конвоя PQ-15) командованием ВВС СФ было принято решение о нанесении ряда ударов по неприятельским аэродромам.
Важную роль в осуществлении этих ударов сыграл 95-й иап. Так, 4 апреля 1942 г. 14 Пе-3 в варианте бомбардировщиков под прикрытием 33 истребителей "Харрикейн" атаковали аэродром Луостари. Удар был нанесен с горизонтального полета с высот 2700-3500 м, по докладам экипажей на стоянках сгорели 12 вражеских истребителей, а еще 6 удалось сбить истребителям сопровождения. Цена успеха оказалась невысокой — один потерянный "Харрикейн" и один поврежденный Пе-3. К сожалению, попытка повторить этот удачный налет, на аэродром Хебугтен, стоила много дороже. Уже отбомбившись, семерка Пе-3, на этот раз действовавшая без истребительного прикрытия, попала под удар большой группы "мессершмиттов". Пять "пешек" были сбиты, одна совершила вынужденную посадку, но и немцы по признанию пленного летчика из 5-й истребительной эскадры потеряли на аэродроме шесть машин, а еще до 20 самолетов получили повреждения.
В апреле-мае 1942 г. Пе-3 из 95 го иап нанесли ряд ударов по кораблям противника, добившись, как следовало из докладов экипажей, заметных успехов. Но послевоенные данные не подтверждают потопления миноносца и транспорта. Однако в то время командование не располагало данными о реальной эффективности выполненных самолето-вылетов и, принимая во внимание боевые отчеты полка, приняло решение о наращивании авиационной группировки ВВС Северного флота. Этому способствовал также и печальный инцидент с конвоем PQ-17, сильно пострадавшим от ударов немецкой авиации и подлодок.
В июне-июле 1942 г. на Северный флот прибыла Особая морская авиационная группа (ОМАГ) резерва Главного Командования в составе двух истребительных, двух бомбардировочных и морского торпедоносного авиаполка. Бомбардировочные полки (28-й и 29-й) полной штатной численности имели по 20 Пе-2 каждый. Кроме того, в состав ОМАГ по личному указанию Сталина должны были влиться три полка двухмоторных истребителей Пе-3. С целью их ускоренного комплектования пришлось использовать бомбардировочные полки ВВС Красной Армии, проходившие переучивание и доукомплектование в запасных полках на самолеты Пе-2 весной-летом 1942 г. Часть истребителей Пе-3 перегонялась с иркутского завода № 39 экипажами 13-го бап, а недостающие пришлось изъять из разведывательных частей ВВС и 9-го лидерного бап. В начале сентября 1942 г. два полка из трех — 13-й майора В.П. Богомолова и 121-й майора Мирошниченко прибыли на северные аэродромы и вошли в состав ОМАГ. Начиная с 16 сентября самолеты 95-го иап и 13-го бап подключились к прикрытию с воздуха очередного союзного конвоя PQ-18, подвергавшегося непрерывным атакам подлодок и авиации противника. В зоне ответственности ВВС СФ конвой потерял только один транспорт, а до этого зоне ответственности англичан на дно ушли 12 судов.
Последний из трех запланированных полков Пе-3 (603-й бап майора Чуба) задержался по причине нехватки техники, а в октябре его судьба в связи с расформированием ОМАГ изменилась. Полк надолго задержался в зап, а в начале 1943 г. был расформирован. Таким образом, в течение июля-сентября в состав ВВС Северного флота без учета пополнения "россыпью" влилось не менее 80 Пе-2 и Пе-3. К сожалению, не добившись ярких успехов, эта группировка уже к декабрю из-за потерь уменьшилась наполовину. Сдав технику в другие полки, в ноябре покинули флот 13-й бап (полк был переучен на бомбардировщики А-20 и в 1943 г. продолжил боевые действия в составе ВВС Черноморского флота) и 28-й бап (на его базе была сформирована 28 я отдельная эскадрилья разведчиков ВВС Северного флота). В составе 95 го и 121-го авиаполков на 1 декабря 1942 г. числились 29 Пе-3, а в 29-м бап — 14 Пе-2.
Следует отметить, что помимо Севера двухмоторные истребители Пе-3 в небольших количествах (до 10 единиц) имелись на вооружении авиации Черноморского флота. Так, например, 23 сентября 1942 г. пара Пе-3 майора Горечкина, прикрывая транспорты на участке Туапсе-Геленджик, в течение 20 минут вела воздушный бой с четверкой Bf 109. Сбив один истребитель противника, майор Горечкин получил ранение в ногу, но сумел довести подбитую машину до аэродрома Лазаревское. Вторая "пешка" также была подбита, и ее экипаж вынужден был покинуть самолет с парашютами.
Основной заботой ВВС Балтийского флота в 1942 г. (как, впрочем, и на Черном море) являлась борьба с сухопутным противником. Удары наносились по переднему краю и ближайшим тылам противника, при этом ведущую роль играли отнюдь не бомбардировщики, а штурмовики Ил-2. В мае 1942 г. 73-й бап полковника Крохалева располагал всего одной "пешкой", а черноморский 40-й бап имел десяток Пе-2. Немногочисленные бомбардировщики этого типа часто использовались в качестве дневных разведчиков (до формирования специализированных разведывательных эскадрилий - 26-й ораэ на Балтике и 27-й ораэ для Черноморского флота), поскольку подобное применение СБ или ДБ-3Ф при полном господстве истребителей противника казалось самоубийственным занятием. Командование ВВС Черноморского флота в 1942 г. вообще отказалось от полетов днем на сухопутном фронте всех других типов ударных самолетов кроме Ил-2 и Пе-2.