Помимо опытных и серийных бомбардировочных вариантов Пе-8 за время его существования, как типа, в ОКБ было разработано несколько целевых модификаций этого самолета, а также несколько проектов модернизаций базовой конструкции. Ниже приводится информация по тем темам, по которым имеется более или менее достоверная информация.
Еще на этапе проектирования ТБ-7 предполагалось использовать его в качестве военно-транспортного самолета для переброски 50 человек десанта. Необходимые особенности для использования его в таком варианте были предусмотрены в базовой конструкции. Помимо размещения десанта внутри фюзеляжа рассматривались варианты подвески под самолет различного типа десантных кабин. В марте 1939 года на государственные испытания был предъявлен первый опытный самолет "42", оборудованный десантно-транспортной кабиной. Летные испытания самолета проводили летчики-испытатели Дацко и Стаднюк, а также инструктор-парашютист В.Г.Романов.
Десантная кабина размером 5600 х 1270 мм крепилась к лонжеронам фюзеляжа. Внутри кабины размещались 12 десантников с парашютами ПД-6 и с вооружением. Испытания системы прошли с положительной оценкой, но внедрения в войска не было.
В акте по результатам испытаний отмечалось, что кабина может быть принята на вооружение десантно-транспортного варианта самолета "42" после устранения недостатков. Решение о внедрении в серию десантно-транспортного варианта намечалось принять после освоения заводом №124 серии бомбардировочного варианта "42".
Идея использовать Пе-8 не у всех в ВВС находила поддержку. Часть высшего командного состава считала, что более рационально в качестве транспортников выпускать и передавать в эксплуатацию более дешевые и массовые ПС-84. Кстати, эти настроения частично отразились на принятии решения по первому снятию с серии ТБ-7 и организации серийного производства транспортных ПС-84. Например, начальник ГУ АС КА комдив Алексеев 23 мая 1940 года докладывал Наркому Обороны СССР маршалу Тимошенко следующее:
"... Самолет ТБ-7 осваивается заводом №124 в течение 4-х лет и за все это время сдано 5 самолетов, что говорит о большой сложности производства этого самолета. Максимальная скорость самолета 410 км/ч и большая площадь (около 190 кв.м) делают его чрезвычайно уязвимым как для истребителей, так и зенитной артиллерии. Большая сложность производства ограничивает и количество выпуска этих машин.
Транспортные самолеты армии нужны в больших количествах.
Но по заявлению зам. Наркома Воронина завод №124 может дать ДС-3 в текущем году - 75 штук и в 1941 году - 500 штук. За это время завод № 124 может дать ТБ-7 всего 63 самолета.
При десантных операциях 63 самолета ТБ-7 могут взять всего 3150 человек, 575 ДС-3 возьмут 13800 человек. Таким образом, с переходом на ТБ-7 вопрос обеспечения транспортным самолетом не решается.
Считаю целесообразным на заводе №124 продолжить постройку ДС-3 в военно-транспортном варианте, с оборудованием наружной подвески бомб для ночного бомбометания. Одновременно необходимо форсировать окончание испытаний и внедрение в серию самолетов конструкции Ермолаева ДБ-240, которые могут быть использованы в транспортном варианте..."
В соответствии с Постановлением КО №227 от 25 мая 1940 года завод №124 передал 20 марта 1941 года на государственные испытания в военно-транспортном варианте ТБ-7 4АМ-35А №42015 (на первом этапе ГИ машина проходила испытания как ВТС, затем как бомбардировщик). От серийного бомбардировочного варианта эта машина отличалась следующим: каркас по обшивке отсека Ф-3 усилен, усилены лонжероны центроплана, в Ф-3 в бомбоотсеке установили крепления для грузовой платформы для перевозки массой до 4000 кг, оборудовали сиденьями на 32 десантника, еще 8 человек могло размещаться на сиденьях вместо АЦН-2. В хвостовой части оборудовали две двери размером 1150x750 мм для загрузки десанта и грузов.
Весной 1942 года снова вернулись к идее транспортировки личного состава на Пе-8. С целью доставки в Англию летчиков-перегонщиков переоборудовали один Пе-8 4АМ-35А для перевозки 20 человек, которые размещались в бомбоотсеке в несколько ярусов. Эти полеты как раз и навели на мысль использовать в том же году Пе-8 для полетов через океан в США с миссией Молотова.
Отдельной главой в истории Пе-8 стало создание на его базе пассажирского самолета для специальных перевозок Пе-8ОН.
Самолет №42015 с десантной кабиной