1941年夏战争爆发时，交付使用的Pe-2飞机还很少，但它将成为第二次世界大战期间苏联最好的轻型轰炸机。该机源自V.M Petlyakov的VI-100增压座舱高空双发截击机，在10000米高度它飞出了惊人的623公里的时速。这架双座飞机装2台1100马力M-105R V-12发动机。VI-100首飞于1939年5月7日，此时战争的脚步已隐约可闻，苏联红军急需俯冲轰炸机，设计局将VI-100战斗机配备的装有TK-3高空涡轮增压器的发动机更换为标准的M-105R发动机，还装上了隔栅形式的俯冲减速板，水平尾翼带上反角以增加稳定性。
共为该机制造了2架原型机，型号代号PB-100俯冲轰炸机，它机头光滑，自卫武器完善，三人制机组分别为驾驶员、投弹手和射手，均就位于一个光洁的驾驶舱内，得到9毫米防弹钢板的保护。早期型号的武器为机头2挺固定7.62毫米ShKAS机枪，机背还有1挺，机腹下1挺，射手通过一个视场达120度的潜望瞄准镜瞄准目标。该机装2台M-105R发动机，配备VISh-61三叶螺旋桨。
该机速度快，操纵品质佳，但新手驾驶员可能对它不太适应。1941年6月德军入侵时工厂已生产458架，但交付速度很慢，即便到了1941年夏季一线部队仅装备了少量的Pe-2。莫斯科方向对德防御作战正面的Pe-2仅有5架，布良斯克和加里宁方向上甚至更少。尽管数量有限，Pe-2仍为莫斯科保卫战的胜利做出了很大贡献。在列宁格勒保卫战、哈尔科夫战役和罗斯托夫战役期间数量也在稳步增长。到1942年末，装1260马力Klimov M-105PF发动机的改进型Pe-2FT开始交付，该机还在机背加装1挺12.7毫米UBT机枪。
Pe-2I和Pe-2M为战斗轰炸机，装2台1620马力VK-107A发动机，Pe-2R为侦察型，Pe-2UT为带复式操纵系统的教练型。Pe-2几乎从头至尾参加了东线的所有战役，甚至还参加了对中国东北的伪满洲国日本关东军的战斗。各型Pe-2和Pe-3（Pe-2的战斗机改型）共生产了11427架。
参数：
型号：Petlyakov Pe-2
类型：三座轻型/中型轰炸机和俯冲轰炸机
动力：2台1100马力Klimov M-105R V-12活塞发动机
性能：5000米最大平飞时速540公里，巡航速度428公里，爬升至5000米需7分，实用升限8800米，标准航程1500米
重量：空重5876公斤
尺度：翼展17.16米，长12.66米，高4.0米，翼面积40.50平米
武器：机头2挺固定式7.62毫米ShKAS机枪或1挺7.62毫米ShKAS和1挺12.7毫米Beresin UBT机枪，机背和机腹分别为1挺单管7.62毫米ShKAS或12.7毫米UBT机枪，可挂载1200公斤炸弹
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