Особые варианты вооружения, доставшиеся «в наследство» от высотного истребителя «100», были представлены кассетными держателями К-76 и К-100. На пикировщике размещали по четыре «ящика» (два — в фюзеляжном и по одному в мотогондольных бомбоотсеках). Из кассет К-76 рассчитывали залпом сбрасывать 76,2-мм артснаряды с авиационными дистанционными взрывателями — так называемое «противосамолётное» оружие, когда «сотка» будет пролетать над плотным строем неприятельских бомбардировщиков.

В то время в авиационном мире существовала мода на противосамолетные гранаты. Теоретически это могло быть эффективным при различной установке взрывателей, но на деле этого никто не проверял. А, кроме того, прицел «для метания авиабомб по самолётам» так и не создали. Впрочем, конструкторы считали, что здесь достаточно ввести поправки в существующие прицелы для бомбометания с горизонтального полёта и просто натренировать штурманов.

Несбрасываемая кассета К-100 представляла собой обычный контейнер ящичного типа для мелких осколочных или зажигательных авиабомб, которые в неё укладывали навалом. Её особенность - электромеханический привод нижних створок (обычно в таких устройствах привод был механическим или электропиротехническим).

По-видимому, руководство НКАП было абсолютно уверено в успехе перевооружения «сотки». Для ускорения работ серию запускали без изготовления опытной машины, доводить конструкцию и вооружение предстояло по ходу дела.

План сдачи пикирующих бомбардировщиков в 1940 г., в соответствии с постановлением Комитета Обороны от 26 июля, предусматривал выпуск 80 машин. В следующем году масштабы производства предусматривалось значительно расширить и построить силами пяти заводов 1700 Пе-2. Кстати, впервые наименование «Пе-2» появилось в отчёте о заводских испытаниях, подписанном 18 декабря 1940 г.

Война в Европе, вплотную подступившая к границам Советского Союза, заставляла всемерно форсировать доводку боевых самолётов. Контролировали ход выполнения постановлений не только в наркомате, но и на «самом верху». При срыве сроков меры принимали крутые, причём за «пешку» стегали заметно больнее, чем за «шалости» с другими машинами. Так, директор опытного завода №156 Ленкин получил выговор и был снят с должности за несвоевременную сдачу на серийные заводы чертежей и технологического оборудования, директор завода №22 В. Окулов «схлопотал» строгий выговор от наркома авиапромышленности, а директора завода №39 Журавлёва арестовали за «вредительство».

В отношении вооружения НКАП поставил задачу скорейшей замены импровизированных разработок «петляковского ОКБ» отлаженными серийными агрегатами. Ещё в октябре 1940 г. нарком Шахурин и начальник ГУВВС П.В. Рычагов потребовали от Петлякова и руководителей специализированного «вооруженческого» предприятия в месячный срок проработать возможность замены опытной установки бомбовооружения серийными изделиями завода №32. А главных конструкторов вооружения (Можаровского, Веневидова, Торопова, Шебанова, Картукова и Шульгина) предупредили, что оценивать качество их работы в 1940-1941 гг. будут в зависимости от результатов работ «по стандартизации и типизации вооружения».

Несмотря на грозные предупреждения, первые «пешки» всё же оснащали «доморощенными» агрегатами и установками. Так, в носовом коке на лафетах собственной разработки специалисты ОКБ разместили пару неподвижных 7,62-мм пулемётов ШКАС. Ещё два таких же, но подвижных, смонтировали на верхней ВУ-100 и нижней люковой турели ЛУ-100.

Такая схема (по одному 7,5-7,9-мм стволу в нижней и верхней частях задней полусферы) считалась нормальной в 30-е годы, однако опыт Испании, Халхин-Гола и Финляндии свидетельствовал о том, что она уже устарела. Для ведения огня из верхнего пулемёта, оснащённого коллиматорным прицелом К8-3, штурману следовало подать назад прикрывавший установку прозрачный плексигласовый обтекатель — «черепаху», опустив её на замки под гаргрот фюзеляжа. Из нижнего ШКАС огонь вёл стрелок-радист, открывая створки люковой установки и прицеливаясь с помощью оптического перископического прицела ОП-2Л.

Проверка вооружения одного из первых серийных самолётов (заводской №2/1) на полигоне НИПАВ в подмосковном Ногинске показала, что самолёт недостаточно защищен с хвоста (имеется «мертвый» конус), совершенно не защищен сбоку, нет ограничителя, предотвращающего прострел элементов самолёта огнём верхней установки. Кроме того, специалисты отметили неудачную конструкцию крепления патронных ящиков носовых ШКАС, требующую для заряжания снимать пулемёты, сбивая тем самым пристрелку. Верхняя установка оказалась недостаточно жёсткой и деформировалась при ведении огня. Неутешительным был общий вывод: «хвост самолёта Пе-2 защищен хуже, чем у СБ и ДБ-3».

Авиабомбы под крылом "пешки". В переднем ряду советские "фугаски" ФАБ-100св и ФАБ-100цк, во втором - трофейные немецкие бомбы	Обучение подвеске авиабомб ФАБ-250 на Пе-2 в ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского