По результатам испытаний головных Ту-2 в августе 1942 г. был выпущен Отчет (дата утверждения отчета 22.08.42 г. формально считается датой окончания совместных испытаний Ту- 2), в заключении к Отчету НИИ ВВС отмечал:
"Серийные самолеты Ту-2 постройки завода №166 по своим летным свойствам, надежности работы моторов и вооружению могут быть использованы в боевой работе для выполнения задач дневного бомбометания с горизонтального полета по ближним тылам врага с ограниченной до 5000 м высотой полета.
Таблица серийных номеров Ту-2ВС
Предложить заводу №19 поставить для установки на самолет Ту-2 моторы М-82, обеспечивающие нормальную эксплуатацию самолета на всех высотах до потолка и устранить недостатки, отмеченные в "выводах" и дефектной ведомости.
Предложить заводу №166 на всех самолетах Ту-2 поставить на верхних стрелковых точках крупнокалиберные пулеметы для усиления огневой мощи задней полусферы, а также устранить недостатки, перечисленные в дефектной ведомости, и в первую очередь улучшить тормозную систему. "
Из-за большого количества неисправностей и дефектов М-82, которые относились к выпускам двигателей первых серий, первая тройка Ту-2 ушла на фронт только в сентябре 1942 года. Машины были направлены в состав 3-й Воздушной Армии (командующий гене- рал-полковник М.М.Громов). В качестве аэродрома базирования был определен аэродром Мигалово под Калининым. От КБ на фронт с первыми машинами отправились Д.С.Марков с группой специалистов по различным системам самолета. Боевая работа Ту-2 началась 14 сентября 1942 года. В полетах наравне с экипажами НИИ ВВС летали фронтовые летчики. За время этого этапа войсковых испытаний три самолета Ту- 2 совершили в общей сложности 25 боевых вылета. Интенсивность составляла примерно один боевой вылет на самолет в сутки, при средней дальности 500 км. В ходе боевых вылетов самолеты попадали под обстрелы зенитной артиллерии противника, были случаи атак истребителями, однако благодаря мощному истребительному прикрытию и хорошей живучести потерь не было. В одном из полетов зенитный снаряд (видимо от "Эрликона") попал в двигатель самолета. Несмотря на это экипаж сумел посадить самолет на аэродром. В качестве иллюстрации высокой эффективности использования первых Ту-2 можно привести пример уничтожения подземного склада горючего и боевой техники в районе деревни Тростино. По данным нашей разведки было установлено, что в районе этой деревни было сосредоточено большое количество боевой техники, кроме того, разведка установила нахождение там же подземного склада горючего. Попытки уничтожить склад с помощью Пе-2, несших ФАБ-100, успеха не принесли. Тогда было принято решение послать тройку Ту-2 с ФАБ -1000. Операция была назначена на 27 сентября 1942 года. В полете три Ту-2 прикрывали 10 ЛаГГ-3 (хотя по мнению фронтовых летчиков уже полетавших на Ту-2, самолет мог летать на задания и без истребительного прикрытия). Командиру истребительной эскадрильи Г.А.Инякину было сказано, что за каждый Ту-2 он отвечает
головой. В полете группа была атакована девяткой Me-109. Атака была произведена двумя группами "мессеров": одна группа пыталась сковать ЛаГГи, другая атаковать Ту-2. Атака немецких истребителей огнем оборонительного вооружения Ту-2 и действиями наших истребителей была сорвана. Ту-2 вышли на цель и прицельно сбросили ФАБ- 1000 и уничтожили подземный склад. Все машины после боя благополучно вернулись на аэродром Мигалово.
В целом первые Ту-2 получили более благоприятную оценку летного состава, чем Пе-2, на котором им приходилось летать и воевать. Общая оценка самолета летным и техническим составом, несмотря на отдельные замечания по работе систем, была положительной. Летный состав считал, что в самолете правильно решена тактическая схема современного фронтового бомбардировщика. Отмечались его положительные качества: высокая эффективность при поражении крупных военных объектов и укреплений противника, мощное и рационально расположенное оборонительное вооружение, современное оборудование, неплохие летные данные. Самолет значительно лучше, чем Пе-2, управлялся и пилотировался при одном работающем моторе.
В процессе испытаний опытного самолета "103В" и первых серийных самолетов был выявлен ряд дефектов, которые немедленно устранялись. Поэтому серийные Ту-2 более поздних серий несколько отличались от первых машин. Для окончательного определения лица Ту-2 2М-82 было решено подвергнуть контрольным испытаниям серийный самолет из третьей серии №308 (100308). Государственные контрольные испытания проводились силами НИИ ВВС на аэродроме Кольцово (под Свердловском) с 13.09. 42 по 28.10.42 г., всего было выполнено 44 полета, с общим налетом 32 часа. Летали летчики-испытатели Жданов, Васякин, Нюхтиков, в последнем полете была авария, самолет сел на вынужденную посадку и был поврежден. В ходе испытаний были зафиксированы следующие данные:
– длина самолета – 13,8 м;
– размах крыла – 18,86 м;
– высота самолета – 4,55 м;
– площадь крыла – 48,52 м2 ;
– нормальная взлетная масса – 10538 кг;
– перегрузочная взлетная масса – 11768 кг;