Немцы недосчитались более 200 автомашин с имуществом, боеприпасами и личным составом.

Но и потери оказались значительными: к маю 1942 г. в строю осталось всего 7 машин, из них только 4 исправных. 16 и 18 марта экипажи лейтенанта Г. Потапочкина и Л. Древятникова были сбиты после выполнения боевого задания в районе своего аэродрома немецким "охотником" — истребителем Bf 110C. Впоследствии 511-й ббап был перевооружен на самолеты Пе-2 варианта "разведчик" и преобразован в отдельный разведывательный авиаполк (орап).

В конце октября 1941 г. к боевым действиям на Западном фронте приступила еще одна авиачасть, вооруженная дальними истребителями Пе-3. Ею стал 54-й Краснознаменный скоростной бомбардировочный полк. Как и для ряда других авиачастей, это было уже вторым появлением 54-го сбап на фронтах Великой Отечественной войны. 22 июня 1941 г. полк базировался на аэродроме в районе Вильнюса и при внезапном ударе немецкой авиации потерял более половины машин на земле. К 14 июля в ожесточенных воздушных боях были уничтожены почти все оставшиеся СБ, после чего полк был выведен из боев, получил новую технику и прошел переподготовку к полетам на Пе-3.

В ходе московской оборонительной и контрнаступательной операций полк под командованием майора Скибо совершил около 400 боевых вылетов, уничтожая противника в районах Клина, Солнечногорска, Истры и Волоколамска. По боевым донесениям, в этот период полк уничтожил 33 танка, до 780 автомашин, 35 вагонов, 2 склада с боеприпасами. В воздушных боях было сбито шесть самолетов противника. Собственные потери составили 11 машин.

18 января 1942 г. четверка Пе-3 из 54-го сбап атаковала аэродром Вельская. На стоянки немецких самолетов было сбросили 16 бомб калибра 100 кг. На отходе от цели четверку (по докладу членов экипажей) атаковали самолеты "Не 113" (на самом деле - Bf 109F). Огнем штурманов один самолет противника был сбит, а второй, не рассчитав маневра, врезался в хвост ведущего Пе-3 капитана Карабутова и потерял крыло. Самолет Карабутова, сильно поврежденный, все же дотянул до аэродрома в Туле. Экипаж не пострадал.

Самолеты 511 -го ббап и 54-го сбап, в отличие от машин 9-го ббап и 95-го иап, по-видимому, не дорабатывались и не довооружались пушками. Об этом можно судить по типу израсходованных боеприпасов. В конце января 1942 г. аэродром базирования 54-го сбап был вскрыт немецкой разведывательной авиацией. В ночь с 1 на 2 февраля около двух десятков тяжелых истребителей Bf 110С атаковали аэродром Жашково.

Утром налет был повторен, а следующим вечером аэродром бомбили несколько Ju 88. В результате потери составили 7 самолетов, из которых 3 сгорели. После этого удара полк остался почти без самолетов. Уцелевшие машины в середине февраля передали в 511-й ббап, а личный состав 54-го авиаполка вывели в резерв.

В мае 1942 г. оставшиеся экипажи отправились в 9-й запасной авиаполк, где прошли переподготовку и в дальнейшем летали на самолетах Пе-2.

Помимо указанных выше частей, самолеты Пе-3 поступали на вооружение 2-го, и 4-го авиационных полков разведчиков Главного Командования КА, 65-го полка авиации ВМФ, а также в некоторые отдельные разведывательные эскадрильи.

Модифицированный двухмоторный истребитель Пе-3бис

Неплохо освоившие "пешку" пилоты и штурманы 95-го полка легко приспособились к особенностям истребительного варианта. Однако отмеченные выше недостатки конструкции Пе-3 вызвали у некоторых из них недоумение и даже протест. Отсутствие бронирования спереди означало полную незащищенность экипажа от оборонительного огня самолетов противника. В докладе командира полка полковника С. Пестова отмечалось, что если броню не установить, то "полка не хватит и на две атаки". Такую же точку зрения отстаивал и командир эскадрильи капитан А. Жатьков, отважившийся на отчаянный поступок: он направил личное письмо секретарю ЦК ВКП(б) Маленкову.

"Являясь командиром авиационной эскадрильи, я хочу посвятить Вас в вопросы недоброкачественности самолетов, поступающих на вооружение ВВС", - начиналось письмо. Далее Жатьков перечислил большую часть недостатков Пе-3, которые ранее отмечались в отчете по испытаниям НИИ ВВС. По мнению летчика, помимо брони на истребитель следовало срочно установить пушку ШВАК и заменить верхнюю установку штурмана со ШКАСом на турель с крупнокалиберным пулеметом БТ.

Опытный образец Пе-3бис, построенный в Москве, сентябрь 1941 г.