Поэтому принимается решение отказаться от производства АМ-35А и его некоторых модификаций в пользу АМ-38. В качестве альтернативы самолетчикам предлагалось перевести свои машины на двигатель воздушного охлаждения М-82 мощностью 1330 л.с. Появились соответствующие Постановление ГКО №915 от 19 ноября 1941 года и Приказ НКАП №1147 от 20 ноября того же года, в которых одним из пунктов упоминался и ТБ-7.

ОКБ Незваля еще осенью 1941 года приступило к первым работам по переводу своей машины на новый тип двигателей. Для сокращения времени проектирования решено было взять с минимальными доработками силовую установку, разработанную для Су-2 М-82. Документацию на нее ОКБ получило от ильюшинцев, которые также просматривали возможность установки на свой штурмовик М-82. Получив чертежи установки М-82 на Су-2, ОКБ проделало в короткое время всю необходимую работу по приспособлению конструкции Пе-8 под новые двигатели. От Су-2 были использованы узлы подвески двигателя, его капотирование, система охлаждения и выхлопа. В производстве были изготовлены для первого самолета с М-82 необходимая оснастка для сварки моторных рам, для изготовления элементов и сборки капотов. К концу 1941 года все было готово.

М-82 было решено поставить на ТБ-7 №42047, который еще был не укомплектован АМ-35А. Первые полеты, проведенные заводским шеф-пилотом Пе-8 Б.Г. Говоровым, показали приемлемые результаты. Поведение первого Пе-8 4М-82 ничем не отличалось от остальных машин. Незваль надеялся, что установка нового двигателя несколько повысит скорость самолета при применении второй скорости нагнетателя. Но как показали первые полеты на этом режиме, М-82 работал очень нестабильно, и ожидаемого прироста скорости получить не удалось. Для решения вопросов с новой силовой установкой со стороны ЛИИ, который также в годы войны находился в Казани, к ОКБ был прикреплен Главный конструктор С.К. Туманский, который оказывал большую помощь в решении многих проблем с М-82. Вместе с ним Незваль проработал результаты первых полетов Пё-8 4М-82, и с небольшим отчетом они отправились к Дементьеву. Тот связался с Головановым, который успокоил их, сказав, что для Пе-8 эти скорости достаточны и что главное получить на испытаниях как можно большую дальность полета. Испытания Пе-8 4М-82 проводились как совместные с АДД и проходили с 3 апреля по 24 октября 1942 года. Всего было выполнено 22 полета, продолжительностью 58 часов. Полеты заняли 22 дня, остальные 204 дня ушли на доводку М-82 и всей винто-моторной установки. В испытаниях участвовали: ведущим летчиком-испытателем - М.В. Водопьянов, вторым пилотом летал Б.Г.Говоров, бортмеханик А.П. Беспалов, ведущий инженер от ЛИС завода №22 Н.Н. Аржанов, ведущий от ЛИИ по М-82 С.К. Туманский и др. В ходе испытаний нормальная полетная масса самолета была определена в 27000 кг, перегрузочная в 35000 кг, при экипаже 11 человек, массе бомб 2000 кг и запасе топлива по нормальному варианту 4095 кг и по перегрузочному 11595 кг.

В материалах по испытаниям было в частности отмечено, что определение максимальной скорости полета было затруднено из-за высокой температуры головок цилиндров М-82, что не позволило выдерживать нормально положение высотных площадок на второй границе высотности. Недостаточная высотность на второй границе по сравнению с расчетами на 400 м, а также некоторое переобогащение смеси привело к снижению максимальных скоростей на 8-10 км/ч.