В августе-сентябре 1947 года завод №381 предъявил на войсковые испытания в Энгельсское ВАУЛ 12 самолетов УТБ-2 (5 - 1-й серии, 4 - 2-й серии, 3 - 3-й серии). Самолеты испытания выдержали и были рекомендованы к использованию в качестве:
-  переходного самолета для обучения курсантов летных школ;
-  учебного самолета для обучения курсантов штурманских школ;
-  тренировочного самолета для отработки вопросов боевого применения и контроля техники пилотирования в строевых частях ВВС.

В сентябре 1947 года на опытном самолете УТБ-2 начались летно-технические испытания бустерного механизма, разработанного ОКБ завода №134. Ведущий летчик-испытатель - Н.Д.Фиксон, ведущий инженер по самолету - Тихонов, ведущий инженер по агрегату - А.М. Роднянский. Бустерные механизмы были установлены в системах управления рулем поворота и элеронами. Из-за двух аварий самолета, не связанных с бустерными механизмами, испытания успешно завершились лишь в конце ноября 1947 года.

Наступил декабрь 1947 года. Несмотря на большую работу по реорганизации производства, завод №381 сорвал план поставок ВВС самолетов УТБ-2, вместо 120 экземпляров были сданы только 35 машин. Однако особой вины завода №381 в этом не было, т.к. передав на переделку 31 самолет Ту-2, завод №23 в дальнейшем не обеспечил поставки агрегатов неизменяемых частей Ту-2. Кроме того, до конца 1947 года ВВС передал заводу №381 всего 18 самолетов Ту-2 ранних серий.

В начале декабря 1 947 года директор завода №381 Соколов, обращаясь к М.В. Хруничеву, писал, что: «Завод №381 должен выпускать в 1948 году УТБ из самолетов Ту-2, поставляемых заводу из воинских частей. Нормальный цикл, с момента получения самолета Ту-2 из воинской части до сдачи их под удостоверение Заказчику в варианте УТБ-2, занимает от 2-х до 3-х месяцев, в зависимости от состояния получаемых машин из воинских частей и объема ремонтных работ. Таким образом, для бесперебойной производственной работы по выпуску УТБ-2, в соответствии с программой на 1946 год, требуется немедленная поставка заводу самолетов Ту-2 из воинских частей: в декабре месяце не менее 20 самолетов.

Несмотря на обещание, ни в ноябре, ни в декабре самолетов Ту-2 из воинских частей завод не получал.

В результате этого, из-за отсутствия заделов рем. Фонда, программа выпуска УТБ в 1 кв. 1948 года ставится под угрозу срыва. ...»

В феврале 1948 года в ГК НИИ ВВС успешно прошел государственные испытания самолет УТБ-2 №3810510, оборудованный опытным высотомером РВ-2 и доработанной схемой включения приемника радиостанции РСИ-6М.

В середине мая общее количество Ту-2, поставленных на завод №381 для переоборудования в УТБ-2, составило 102 единицы ( завод №23 - 36; строевые части ВВС - 52; строевые части авиации ВМФ - 14).

На 20 мая военной приемкой приняты и отправлены в воинские части 61 самолет УТБ-2 (19 - Энгельсскому ВАУЛ; 19 - Кировобадскому ВАУЛ; 6 - Дальней авиации; 15 - авиации ВМФ; 1 - ГК НИИ ВВС; 1 - заводу №134). Оставшиеся УТБ-2 находились на заводе №381 в разной степени готовности.

В июне 1948 года на заводе №381 прошел серийные летные испытания самолет УТБ-2 №3810908. Целью испытаний были: определение максимальной скорости горизонтального полета, скороподъемности, маневренности, дальности полета и расхода горючего; оценка устойчивости; проверка возможности полета на одном моторе; проверка работоспособности оборудования; отстрел оружия в воздухе. В заключение отчета по результатам испытаний отмечалось, что летные данные самолета «...находятся в соответствии с данными, обусловленными договором заказчика. ...»

Основные данные серийного самолета УТБ-2 №3810908:

По итогам работы завода №381 за 1948 год процент выполнения плана по производству самолетов УТБ-2 составил 116%.

В процессе эксплуатации самолета УТБ-2 в строевых частях проявился ряд дефектов:
-  течь масло- и бензобаков из-за образования трещин по сварным швам;
-  трещины коков винтов;
-  разрушение сеток пылефильтров;
-  трещины трубопроводов высокого давления гидросистемы;
-  течь маслорадиаторов в сотах; и т.д.

В основном все они были связаны с повышенной вибрацией ВМГ. Проводимые серийным заводом доработки оказались малоэффективными. Конструкторское бюро завода №134 разработало ряд мероприятий по устранению вибрации ВМГ, однако серийный завод не успел полностью внедрить их в производство. В 1 949 году завод №381, параллельно с изготовлением самолетов УТБ-2, приступил к производству истребителей МиГ-15. В течение 1949 года были выпущены 25 самолетов УТБ-2 и 75 самолетов МиГ-15. А в 1950 году завод №381 влился в завод №30.

В связи с прекращением производства самолетов УТБ-2 в строевых частях ВВС стали использоваться самолеты Ту-2, оборудованные двойным управлением.

За годы серийного производства (1947-1949 гг.) было выпущено 176 самолетов УТБ-2, при плане - 520.

В начале 50-х годов несколько экземпляров УТБ-2 поставили ВВС Польши и Китая.

Но на этом история УТБ-2 не кончается.

При обсуждении макета УТБ в апреле 1946 года в выводах протокола заседания макетной комиссии отмечалось:

«...2. По своему назначению самолет может быть использован как многоцелевой учебно-тренировочный бомбардировщик для школ и строевых частей ВВС на ближайший период.

3. Комиссия считает необходимым спроектировать и построить в ближайшее время по специальным требованиям учебно-тренировочный бомбардировщик с аналогичными моторами, обеспечивающими уменьшение полетного веса и, как следствие, увеличения запаса мощностей. ...»

Между тем при обсуждении проекта плана опытного строительства на 1947 год, по требованию ВВС, в план завода №134 включили пункт о создании на базе серийного УТБ-2 пикирующего учебно-тренировочного бомбардировщика.

Постановлением СМ СССР от 11 марта 1947 года и приказом МАП от 16 апреля 1947 года был утвержден план опытного самолетостроения на 1947 год, обязавший главного конструктора и директора завода №134, среди прочих заданий, спроектировать и построить:

«...в) Учебно-тренировочный бомбардировщик (пикирующий) на базе УТБ с двумя моторами АШ-21, со следующими данными:

Самолет построить в одном экземпляре и сдать на государственные испытания в октябре месяце 1947 года. ...»