Стандарт определял основные геометрические размеры самолета У-2 М-11(воор) — У-2ВС. Весовые характеристики: полетный вес — 1064,00 кг, вес пустого самолета — 726,22 кг, вес полной нагрузки — 237,76 кг. Стрелковое вооружение предусматривало использование переднего огня в виде синхронного крыльевого пулемета ПВ-1 с запасом 200 патронов (ленточное питание) и заднего огня — шкворневой турели ТУР-7 под пулемет Дегтярева ДТ с запасом 252 патрона, размещенных в четырех сменных магазинах.
Бомбардировочное вооружение предусматривало подвеску шести бомб калибра 8 кг. Управление сбросом бомб механическое. Прицел для бомбометания — АП-2.
На приборной доске летчика размещались: указатель скорости, высотомер, указатели поворота и скольжения, навигационные приборы — компас и часы, приборы контроля работы мотора — тахометр, манометр давления масла, термометр масла. Для улучшения обзора задней полусферы было установлено зеркало, предусматривалось переговорное устройство для связи между членами экипажа.
Приборное оборудование кабины наблюдателя включало: указатель скорости, высотомер, манометр и термометр масла, компас.
Для обеспечения посадки в ночных условиях под нижним крылом устанавливались два посадочных факела.
Если вначале планировалось использовать У-2ВС преимущественно как легкий боевой самолет, то позднее он, в основном, стал применяться как учебно-тренировочный для обучения использованию стрелкового и бомбардировочного вооружения. В частности, об этом говорилось в отчете по специальным испытаниям У-2ВС в начале 1938 г. На самолете дополнительно устанавливалась фотоустановка ФТ-1 для обучения ведению фоторазведки.
С началом большой войны имевшиеся под рукой стандартные варианты У-2 стали переделывать в легкие ночные бомбардировщики. Доработка проводилась как в ОКБ Поликарпова, так и на серийных заводах и в действующей армии силами инженерно-технического состава строевых частей и авиаремонтных мастерских. Вследствие этого конструкция боевого У-2 имела большое количество различных вариантов. Формирование установившегося облика серийного самолета У-2ВС периода войны шло постепенно и закончилось примерно к середине 1944 г.
У-2ВС М-11Д с пулеметом ШКАС на шкворневой установке
Старшины Ч. М. Мачуло и Л. И. Канков готовят кассеты с зажигательными бомбами для подвески их на У-2ВС. 1943 г.
В период с 4 по 8 сентября 1941 г. в стационарных авиамастерских № 163 ВВС Калининского фронта в г. Торжке 12 самолетов У-2 были оборудованы изготовленными из листового железа специальными кассетами для сброса зажигательных ампул АЖ-2 (жестяной шар емкостью 1 л). Ампулы содержали самовоспламеняющуюся на воздухе смесь «КС».
Каждая кассета состояла из пяти жестко скрепленных между собой груб. В каждой трубе помещалось 10 ампул. Две таких кассеты крепились под консолями нижнего крыла. Управление сбросом — механическое (тросовое от простейшего механического бомбосбрасывателя). При сбросе все десять труб открывались одновременно. При этом крайние ампулы выпадали одновременно, а остальные последовательно серией.
10 сентября 42-го оборудованные подобным образом У-2 стали применять по живой силе и боевой технике противника. Действие было ошеломляющим. Одного попадания ампулы в любой германский танк или автомашину было достаточно для их поражения.
К сожалению, эффективное возгорание смеси «КС» находилось в большой зависимости от метеоусловий (главным образом, от температуры окружающего воздуха) и от наличия легковоспламеняющихся материалов в районе целей. В условиях же, благоприятных для применения смеси «КС», результаты ударов У-2 по танкам и другим целям являлись весьма высокими.
Кассеты могли снаряжаться и мелкими осколочными авиабомбами.
Инженерно-технический состав 31-й сад (командир — п-к С. А. Руденко) приспособил кассеты мелких бомб КМБ с самолетов Ил-2 для подвески на У-2, что позволило поднять общую загрузку (осколочными бомбами весом от 1 до 25 кг, а также и зажигательными ампулами АЖ-2) до 300 кг. Это значительно повышало боевую эффективность У-2 при действии по живой силе противника, а при использовании зажигательных ампул АЖ-2 — и по танкам всех типов. Кроме этого, в кабине штурмана оборудовались места для размещения мелких авиабомб и гранат для сбрасывания их вручную.
С начала 1942 г. боевые варианты У-2 стали выпускаться и на серийных авиазаводах. Поначалу самолеты У-2ВС имели только 4 узла для подвески бомб весом до 32 кг (бомбодержатели Дер-5), что было явно недостаточно для эффективного боевого применения самолета. Поэтому в строевых частях проводились доработки. Боевые У-2ВС силами техсостава авиамастерских и авиачастей стали оборудоваться шестью балочными держателями типа Дер-6, позволявшими подвешивать фугасные бомбы типа ФАБ-50 и ФАБ-100. На некоторых У-2 устанавливались бомбодержатели под замок Дер-21, которые допускали подвеску, кроме авиабомб калибра до 100 кг включительно, кассет КД-1-6. На каждую кассету можно было подвешивать шесть авиабомб калибром от 8 до 25 кг. Некоторые У-2 оснащались восемью ракетными орудиями РО-82 или РО-132 — по 4 орудия под каждую плоскость нижнего крыла. Когда потребовалось разрушать долговременные оборонительные укрепления немцев (ДОТы, ДЗОТы, бронеколпаки и т. д.), умельцы фронтовых авиамастерских, усилив нижнюю часть фюзеляжа самолета, осуществили подвеску на нем одной фугасной авиабомбы калибра 250 кг. Уникальной являлась произведенная инженером К. А. Москатовым подвеска под фюзеляжем У-2 бомбы в 500 кг и установка двух пулеметов на нижнем крыле.