В ноябре-декабре 1942 года ушел на фронт 12 БАП, вооруженный Ту-2, командир полка П.Х.Козырев. Полк дрался на Калининском фронте до конца 1943 года, в августе 1943 года командиром полка назначается подполковник М.П.Васякин, дававший путевку в жизнь опытному "103В". В тяжелых боях полк понес большие потери и в конце 1943 года был выведен для пополнения и перевооружение под Москву на аэродром Кубинка.
Несмотря на свою малочисленность, Ту-2 принимали участие в важнейших операциях на советско-германском фронте. Известно, что летом 1943 года в составе 285 БАД (командир полковник В.А. Сандалов) имелось 18 Ту-2, которые активно применялись в боях на Курской дуге.
Всего в действующую армию в 1942- 1943 годах попало 63 самолета Ту-2 постройки завода №166. Это небольшое количество машин эффективно использовалось на фронте практически до начала 1944 года, до того момента пока не начались поставки самолета Ту-2С.
Самолет №716 – эталон Ту-2С
Параллельно с освоением серийного производства самолета Ту-2 коллектив КБ А.Н.Туполева постоянно занимался совершенствованием конструкции машины. Работы шли в направлении усиления стрелково-пушечного вооружения, отработки и доводки силовой установки, улучшения аэродинамики, совершенствования оборудования и создание, так называемого, "стандартного" типа (самолета Ту-2С).
Работы по совершенствованию стрелково-пушечного вооружения проходили в следующей последовательности:
В связи с началом военных действий, при запуске в серию самолета на заводе №166, было решено делать люковую установку под пулемет Березина калибра 12,7 мм, вместо пулемета ШКАС калибра 7,62 мм. Первые серийные самолеты "103ВС" (Ту-2) выходили с завода уже с новой люковой установкой. В процессе серийного выпуска Ту-2 в 1942 году КБ разработало, а завод внедрил в серию: весной 1942 года – установку стрелка-радиста под пулемет Березина, а осенью 1942 года – установку штурмана под тот же крупнокалиберный пулемет. Неподвижная установка в носовой части фюзеляжа под два пулемета ШКАС 7,62 мм для стрельбы вперед была снята по указанию командования ВВС. Таким образом, к началу 1943 года окончательно сложился и закрепился состав стрелково-пушечного вооружения Ту-2: вперед – 2 х ШВАК, в корневых частях крыла; назад – 3 х УБ, в двух турелях и в одной люковой установке. В дальнейшем состав стрелково-пушечного вооружения не менялся, изменениям подвергались только конструкции самих установок.
В связи с неудовлетворительной работой силовой установки на базе двигателя М-82 самолета Ту-2, вопросу совершенствования ее работы было уделено КБ особое внимание. Все эти работы в основном проводились в Москве, сначала на филиале ОКБ А.Н.Туполева, а затем, после возвращения всего КБ в Москву, в самом ОКБ. Филиал ОКБ А.Н.Туполева был создан на заводе №156 согласно Приказа НКАП №233
от 14-19 апреля 1943 года. Этот приказ стал началом реэвакуации туполевского коллектива в Москву.
Полностью КБ вернулось в Москву и вновь разместилось в родных стенах на ул. Радио только в сентябре – ноябре 1943 года. Тогда же в Москву из Омска было переведено летно-испытательное подразделение ОКБ (ЛЭС), которое возглавлял Е.К.Стоман и на которое легла основная работа по испытаниям и доводкам новых модификаций Ту-2.
В марте 1943 года бригада мотористов на заводе №156 начала работы по компоновке на серийный Ту-2 модернизированных двигателей М-82 ФНВ (АШ-82ФН). Одновременно решено было более подробно исследовать причины недобора максимальных скоростей Ту-2 на высотах. 6 марта 1943 года вышел Приказ НКАП №133,согласно которому приказывалось:
"…2. Начальнику ЛИИ в пятидневный срок принять самолет Ту-2 №717 в г. Омске и срочно перегнать его в Раменское.
3. Испытания закончить в 3 месяца.
4. Работу по повышению максимальных скоростей самолета "103В" продолжить в г.Омске. Отчет представить 15.04.43. …
9. Директору завода №19 отгрузить в г. Омск к 15 марта 3 мотора М-82ФНВ."
На двух самолетах начались испытательные полеты. В Омске на самолете "103В" испытания проводил командированный экипаж из ЛИИ летчика- испытателя И.И.Шелеста. Совместные летные испытания ОКБ и ЛИИ опытного самолета "103В" 2М-82 для определения максимальных скоростей по высотам проводились в Омске с 19 марта по 28 апреля 1943. Как выяснилось, основной причиной недобора скоростей являлись недостатки двигателя М-82, на которые ранее постоянно в ходе испытаний Ту-2 указывали и испытатели НИИ ВВС и строевые летчики, а именно:
– плохое качество карбюраторов;
– недостаточная высотность магнето;
– недоведенность крыльчатки ПЦН;
– плохое качество свечей.
Имея на руках материалы испытаний самолета "103В" и Ту-2 №717, а также характеристики модернизированного М-82ФНВ (форсированный с непосредственным вспрыском), у которого были доработаны агрегаты и поднята максимальная мощность до 1850 л.с., А.Н.Туполев в мае 1943 года принимает решение уставить на самолет "103В" новые двигатели. Самолет "103В" был доработан под двигатели М-82ФНВ. С 17 по 29 июля 1943 года экипаж И.И.Шиянова проводит летные испытания доработанного самолета "103В", которые дали следующие сравнительные результаты по повышению максимальных скоростей по высотам: