Хотя к этому моменту некоторые разведывательные части уже использовали единичные Пе-2, однако никаким переделкам они не подвергались, и потому применялись исключительно для визуальной разведки. Это значит, что не только войсковые испытания, но и разработка тактики применения, а во многом и создание разведчика на базе Пе-2 (Пе-3) оказались заслугой летного состава и технических специалистов 2-го АПДР.
1 сентября 1941 г. в полку было создано отделение, в состав которого вошли фотолаборатория и группа фотограмметрической обработки (дешифрирования).
1 октября 1941 г. командир полка доложил начальнику разведки ВВС, что 2-й АПДР ГК КА в составе 17 боеготовых экипажей в трех эскадрильях готов к боевым действиям.
Трофим Романович Тюрин (снимок 1942 г.) — командир полка с октября 1941 г. до марта 1948 г.
И самолеты есть, да летать некому. И летчики есть, да воевать не умеют… Освоение Пе-2 затянулось на 2 месяца в самое горячее время — август-сентябрь 1941 г.
В боях за Москву
3 октября 1941 г., в один из самых критических периодов битвы за Москву был получен первый боевой приказ на воздушную разведку войск и техники противника в районе Вязьмы, для выполнения которого вылетели экипажи ст. л-та Алышева, мл. л-та Кашина(Пе-2 б/н 5) и ст. л- та Рослякова (Пе-2 б/н 2). Выполнив задачу, экипажи вернулись на свой аэродром. С этого дня началась боевая работа 2-го АПДР ГК КА.
7 октября Пе-2 мл. л-та Кашина вылетел на задание. В условиях низкой облачности и ограниченной видимости экипаж выполнил задание и взял курс на свой аэродром. Севернее Смоленска разведчик неожиданно попал под атаку немецких истребителей. Экипаж почувствовал удары по левой плоскости, и в тот же момент стрелок-радист ст. с-т Хропов доложил: «Командир, сзади четыре Ме-109». Уклониться от боя не удалось. Первой же очередью «мессер» вывел из строя левый двигатель — экипаж прозевал атаку, пока высматривал оккупированный Смоленск. Штурман л-т Маркелов и стрелок-радист попытались сдержать врага. Но опыта воздушных боев и даже ведения огня у них не было, и очень быстро они с больших дистанций расстреляли боеприпасы, не нанеся противнику никакого урона. Немцы усилили напор, рассчитывая на легкую победу над одинокой «пешкой». Вдруг разведчик довернул в сторону атакующих, и от него к «мессерам» полетели огненные шары. Истребители шарахнулись в сторону. Сделав еще пару безуспешных заходов, ведя огонь с больших дистанций, они не стали дальше испытывать судьбу, решив, что русский разведчик вооружен каким-то новым оружием. Более 300 км вел Кашин израненный самолет на одном двигателе к своему аэродрому на малой высоте. Когда у него спросили: «Как ты смог отбить атаку четырех истребителей?», он ответил просто: «Сигнальными ракетами». Но военное счастье изменчиво — 31 октября при выполнении боевого задания этот экипаж пропал без вести.
8 октября прибыл новый командир полка — майор Трофим Романович Тюрин. Он бессменно командовал полком до марта 1948 г., пройдя с 2-м АПДР суровые годы войны, радость побед и горечь утрат. Его предшественник, м-р Чувило, попал в немилость из-за того, что с момента формирования (когда на счету был каждый час) полк слишком долго «раскачивался» и начал обеспечивать командование столь нужной информацией только через полтора месяца. Безусловно, припомнили ему и катастрофу 22 августа.
В октябре-ноябре 1941 г. полк проводил разведку группировки противника, наступавшей на центральном и северо-западном участках фронта в направлении Москвы, выполнив 117 боевых вылетов. В этот период организованной боевой работой выделялась 2-я АЭ к-на Поклонского.
Первые же вылеты показали, что Пе-2 имеет недостаточный запас бензина — часто экипажи вынуждены были возвращаться, не успев сфотографировать уже обнаруженные объекты, да и дальность полетов не превышала 500–600 км. Кроме того, требовалось усилить оборонительное вооружение самолета. В короткие сроки шкворневую установку 7,62-мм пулемета ШКАС заменили на всех самолетах полка на новую турельную с 12,7-мм пулеметом УБС. Чуть позже, в ноябре 1941 г., когда после первого месяца боевой работы выяснилась слабость защиты Пе-2 от истребителей в нижней задней полусфере, зам. инженера АЭ ст. л-т Помазанский предложил установить под крылом направляющие для PC, стреляющие назад. Успешно испытав новое оружие в полете на машине командира полка, за две недели «установками Помазанского» оборудовали все самолеты полка. Такое усовершенствование было сделано опять-таки впервые в ВВС Красной Армии.
На протяжении войны эта установка спасла жизнь многим авиаторам — в одном из боевых вылетов самолет мл. л-та Щитова на высоте 5000 м атаковала восьмерка Bf 109. Шансов у экипажа почти не оставалось, но двух залпов РС-132 в сторону атакующих «мессеров» было достаточно, чтобы боевой порядок немецких истребителей распался, а экипаж Щитова благополучно ушел от преследования и полностью выполнил задание. За эту модернизацию «пешки» ст. л-т Помазанский вскоре получил в Кремле из рук М. И. Калинина орден Красной Звезды.
Кроме усиления активной защиты, установили дополнительное бронирование кабин летчика и стрелка-радиста.