Две ФАБ-500 под фюзеляжем	Четыре ФАБ-250 на внешней подвеске Пе-2

К невысокой оценке присоединился начальник 6-го управления ГУ ВВС КА бригинженер Лапин. В его докладе генерал-лейтенанту Астахову говорилось: «...бомбардировочное и стрелковое вооружение на головном Пе-2 установлено макетное и не полностью. Кроме того, самолёт имеет ряд дефектов». А военпред завода №39 военинженер 2 ранга Савкин сообщал: «Кассеты К-76 и К-100 вообще на головном самолёте не установлены. Люки мотогондол неотлажены, зашиты наглухо. Электропроводка к бомбовооружению только подведена, но для пользования непригодна. Механическая проводка управления бомбодержателями работает только на сбрасывание бомб пассивно (на «невзрыв». - A.M.) и всех залпом».

В первую очередь, переделке подвергли «наступательное» (бомбардировочное) вооружение. Параллельно с установкой серийных узлов (взамен прежних в фюзеляже монтировали кассетные держатели Дер-21 под 100-кг авиабомбы, а под крылом и в мотогондолах - балочные держатели МДЗ-40). В январе 1941 г. окончательно отказались от недоведённых (и даже опасных) кассет К-76.

В ходе испытаний на самолёте СБ выявилось, что трёхдюймовые артснаряды при сбрасывании в кассете зависали (это расплата за загрузку кассет внавал), и дистанционные трубки ТМ-4А при этом могли вызвать взрыв авиабомб.

В марте судьбу кассет К-76 разделили и ящичные держатели К-100, оказавшиеся недостаточно жёсткими. После «набивки» мелкими бомбами боковые стенки К-100 деформировались, препятствуя подвеске кассет в замки. Электромеханический привод створок кассеты из-за трения нередко отказывал, а подвеска кассет на самолёт силами четырёх специалистов занимала почти час. Взамен их Рычагов потребовал разработать новый вариант кассет за 2-3 дня, и к концу лета с 23-й серии в комплект машины ввели две кассеты КМБ-Пе-2 завода №145 НКАП.

При кажущейся простоте замена бомбовооружения стандартными агрегатами вначале принесла одни проблемы, так как многое делалось наспех. Так, в мотогондольных отсеках авиабомбы ФАБ-100цк на замках МДЗ-40 упирались стабилизаторами в элементы конструкции самолёта. В фюзеляже «стокилограммовки» помещались впритык, не оставляя места для вворачивания взрывателей, а нижние ФАБ-100, слегка выступавшие из обводов отсека, не позволяли полностью закрыть створки бомболюка.

После «грозного окрика» испытателям НИПАВ из 4-го управления (АВ УВВС) ФАБ-100цк стали без больших проблем подвешиваться на замки МДЗ-40 (всего-то на 17 мм сдвинули назад бандаж с подвесным ушком). Теперь при подвеске авиабомба заползала в бомбоотсек на тросах, чуть опустив головную часть. Затем энергичным движением руки механик «сажал» её в замки держателя. Зато при сбросе она сразу «клевала носом» в бомболюк. А «хирургическое вмешательство» в основном бомбоотсеке, где в стенке переднего лонжерона разработчики прорезали-таки отверстия для установки взрывателей в подвешенные авиабомбы, с началом боевых действий оказалось совершенно излишним. Полковые вооруженцы, совершенно справедливо пренебрегая требованиями мирного времени, снаряжали взрывателями авиабомбы на замках перед подвеской их в держатели. Так было удобнее на всех бомбардировщиках.

Между тем, и вывернутые упоры авиабомб под крылом, мешавшие открытию створок, когда под центроплан подвешивали длинные ФАБ-500, не составляли проблемы. Просто, грузоподъёмность машины в 1000 кг исключала загрузку бомбоотсека. А вот то, что это не позволяло проникнуть в кабину пилотов - форменное безобразие... Лётчик и штурман сначала занимали свои места, а уже потом персонал подвешивал «пятисотки».

Испуганные отрицательными отзывами испытателей, конструкторы самолёта, не решаясь предложить разворачивать оперение авиабомб, подвешенных в центральном бомбоотсеке, на 45° относительно подвесного ушка (как это было на всех советских авиабомбах до 1938 г.), «откусили» у люка уголки в районе узлов установки подъёмной лебёдки (после этого он и приобрел характерную для «пешки» форму). После этого новшества «фугаски», оставшиеся в прежних довоенных габаритах, уже не мешали закрытию створок бомболюка.

Полигонные испытания Пе-2 с «доработанным вооружением» проходили на НИПАВ в марте 1941 г. под руководством военинженера 1 -го ранга С. Онисько. На этот раз серьёзных претензий к бомбовооружению практически не было. Увеличить количество мелких бомб позволило использование подкрыльевых кассет АБК-500П, в разнообразных вариантах вмещавших до 108 зажигательных ЗАБ-1 или 67 осколочных авиабомб АО-2,5. Кроме того, «пешка» могла нести две сбрасываемых кассеты (ротативно-рассеивающие бомбы РРАБ-3 калибром 250 кг) со 116 АО-2,5 или 25 АО-10. Третьим типом подвесных кассет были бомбо-ампульные связки БАС-1, предусматривавшие комбинированное снаряжение и небольшими авиабомбами, и ампулами АЖ-2 с самовоспламеняющейся жидкостью. Нo применяли БАС-1 реже других, поскольку те вмещали меньший боезапас.

В «химизированных авиаполках» Пе-2 мог нести химические авиабомбы ХАБ-100 и ХАБ-200. Угроза химической войны тогда была (не без оснований) вполне реальной, и практически все самолёты ВВС КА при необходимости можно было доработать в носители химического оружия. Позднее на «пешке» отработали подвеску тяжёлой ХАБ-500 и выливных авиаприборов ВАП-500 для разбрызгивания ОВ, зажигательной и дымовой смеси с малых высот.

Бомбардировочная установка Пе-2, окончательно отлаженная к лету 1941 г., в ходе войны претерпела сравнительно немного изменений. Так, с 26-й серии взамен неудачного полуавтоматического электробомбосбрасывателя ЭСБР-3па, стали монтировать более совершенный ЭСБР-6. Одновременно устаревший аварийный механический сбрасыватель АСБР-5 с очень тугим ходом (одним движением его рукоятки сбрасывали разом все бомбы, что угрожало их столкновением) заменил АСШЛ-340 (аварийный сбрасыватель штурмана с лебедкой для открывания створок бомболюка). Позже, со 179-й серии, с целью улучшения аэродинамики наружные балки подкрыльевых бомбодержателей спрятали под обшивку внутрь центроплана, а снаружи остались только силовые рычаги замков, да винтовые упоры для фиксации положения авиабомб.