В июле 1944 года 334 БАД перелетает на 1-й Прибалтийский фронт, где находится до начала января 1945 года. Ту-2 летали на бомбежку позиций противника в районах Митавы, Шауляя, Тильзита, по портам Либава, Клайпеда, выполняли полеты на разведку.
Первые месяцы массового боевого использования самолетов Ту-2 позволили сделать некоторые выводы по боевому использованию и дальнейшему совершенствованию самолета. Для 132 БАП боевые вылеты на новых Ту-2 были еще и войсковыми испытаниями. Оценивая Ту-2 по результатам войсковых испытаний, командир 132 БАП подполковник Бугай писал, что самолет является отличным современным двухмоторным бомбардировщиком. Он отмечал такие достоинства машины, как простая техника пилотирования, делающая его доступным для пилотов средней квалификации, возможность полета на одном двигателе, большая чем на других бомбардировщиках скорость полета, достаточная дальность и возможность подвески бомб крупных калибров. Отмечая отдельные недостатки машины, Бугай писал: "Летный состав полка высоко ценит самолет Ту-2 и успешно ведет боевую работу на этой новой материальной части".
Бомбардировщики Ту-2 применялись только днем для бомбометания с горизонтального полета, в основном по крупным узлам обороны. Перебои с подвозом бомб крупных калибров, ограниченные размеры аэродромов базирования и ограничения введенные ОКБ на начальном этапе эксплуатации привели к тому, что первые два месяца средняя бомбовая нагрузка на один вылет составляла 1200 кг. Лишь в сентябре 1944 года ее довели до значения 1350 кг. Нередко командование ВВС организовывало удары всеми самолетами 334 БАД, на удалении 300-500 км от аэродрома базирования. Машины берегли и все боевые вылеты проводились при интенсивном прикрытии истребителями Як-9 или "Аэрокобра". Несмотря на это германские истребители энергично противодействовали соединениям Ту-2 и сумели сбить за три месяца 10 и повредить еще 14 машин. В сентябре 1944 г. погиб в воздушном бою в районе Тукумса (Латвия) М.П.Васякин, ведший на бомбежку позиций противника свой полк. В основном жертвой немецких истребителей становились отставшие крайние ведомые, при этом немецкие пилоты использовали слабо защищенные сектора и недостаточную осмотрительность экипажей. Следует отметить, что после первых потерь, о которых узнали в ОКБ, особенно после гибели М.П.Васякина, начались работы по усовершенствованию задних оборонительных стрелковых установок. Еще семь Ту-2 за этот период сбили германские зенитки. Как показала практика, использование Ту-2 характеризовалась одной потерей на каждые 465 самолето-вылетов. Всего за 1944 год ВВС по разным причинам лишились 77 Ту-2 из них: 45 – боевые потери; 18 – аварии и катастрофы; 14 – списаны по износу. Для сравнения потери бомбардировщиков ВВС КА за 1944 г можно оценить по приводимой здесь таблице.
Таблица потерь бомбардировщиков РККА за 1944 г
К началу 1945 года кроме 334 БАД в 3-й Воздушной Армии 1-го Прибалтийского фронта, имевшей к тому моменту 111 Ту-2, удалось оснастить этим типом самолета еще 326 БАД (94 машины), входившую в состав 4-й Воздушной Армии 2-го Белорусского фронта. Эти две дивизии, плюс 47 ГДРАП были теми частями ВВС КА, которые были к началу 1945 г перевооружены на Ту-2.
278 бомбардировщиков Ту-2 (из них 264 исправных) составляли к началу 1945 года около 9% всей бомбардировочной авиации КА. Аналогичное положение сохранялось до конца войны. В некоторой степени это произошло потому, что Ту-2, проектирование которого начиналось как пикирующего бомбардировщика, в ходе своего развития практически утратил эту функцию, и заменить Пе-2 в этой роли был неспособен. Пе-2 имел удачное относительно крыла и мотогондол расположение кабины с остекленным полом, и летчик имел возможность наблюдать цель непрерывно, с момента выхода на боевой курс и до прекращения пикирования. К тому же к "пешке" привык летный состав. Ту-2 не обладал достоинствами пикировщика и в основном применялся на заключительном этапе войны лишь для сброса бомб с горизонтального полета.
С января по апрель 1945 года 334 БАД находилась на 3-м Белорусском фронте в составе 18-й Воздушной Армии и вместе с 326 БАД входила в 6-й корпус генерала И.П.Скока. Дивизия наносила удары в полосе линии фронта в районе Варшавы, в Восточной Пруссии в районе Алленштайна, Хайленгебеля, Розенберга, Данцига, Кенигсберга, Гольдсдофа и т.д. Ту-2 334 БАД внесли важный вклад в разгром германской группировки в Кенигсберге. 7 апреля 1945 года в течение нескольких часов 246 Ту-2 и Пе-2 прицельно бомбили позиции немцев, подавляли их зенитные установки и уничтожали самолеты на аэродромах. Затем начался дневной налет 516 дальних бомбардировщиков из состава 18-й Воздушной Армии. Всего в Кенигсбергской операции участвовало 2400 боевых самолетов ВВС КА; за четыре дня на противника было сброшено 4440 тонн бомб, что значительно ускорило падение города-крепости, которое состоялось 10 апреля.
После окончания Кенигсбергской операции 334 БАД в составе 6 БАК (18 ВА) была переведена в распоряжение 1-го Белорусского фронта, где принимала участия в боевых действиях до конца войны. Самолеты Ту-2 наносили удары по Зееловским высотам, участвовали в боях при штурме Берлина. В первый же день боев за Берлин 22 апреля 54 Ту-2 (два полка по три эскадрильи) сбросили на узлы сопротивления в центре города 97 тонн бомб. В дальнейшем Ту-2 привлекались к непосредственной поддержке штурмовых групп наших войск. В частности, 132 БАП громил соединения оборонявшихся немцев, уничтожал их технику и укрепления в районе Тиргартена и в предместьях Берлина.