Как видно, оснований для благодушия у Мясищева в момент "прихода к власти" в ОКО-22 не было. В августе 1943 г. он сформулировал обширную программу совершенствования боевых качеств пикировщика. Главный упор в этой программе был сделан на два основных направления: повышение скорости полета и увеличение бомбовой нагрузки. Владимир Михайлович отлично понимал, что для реализации программы необходимо иметь соответствующую техническую базу, притом не связанную с серийным выпуском. Отношения с директором завода № 22 Окуловым у Мясищева поначалу складывались трудно.
Причиной тому был и властный, требовательный характер"хозяина"завода, и груз взаимоотношений его с прежним главным конструктором А.И.Путиловым, который, надо сказать, не ладил с директором. И все же Мясищев (не без помощи Наркомата авиапромышленности) "выбил" у занимающегося только серийным выпуском директора Окулова два цеховых пролета, рабочих и станки специально для опытного производства.
Интуиция подсказала новому главному конструктору, что выбор нужной модификации пикировщика надо делать из многих вариантов. Поэтому одновременно конструкторы повели работу над модификациями Пе-2А с новой кабиной типа ФЗ, Пе-2Б с целым рядом аэродинамических усовершенствований, Пе-2В с измененным положением центроплана относительно фюзеляжа, Пе-4 и Пе-4А с моторами М-82Ф, Пе-2Д (Пе- 6) с моторами М-107А. Впоследствии Мясищев занялся еще более глубокой переработкой Пе-2, создавая модификацию Пе-2И (ей будет посвящена отдельная глава).
В серийные Пе-2 после крупных изменений в августе 1943 г. опять стали вносить усовершенствования: с 249-й серии зимой разжижали масло бензином, а на 265-й серии сменили радиостанцию РСБ-бис на РСБ-Збис, улучшив антенно-фидерную систему и резко увеличив дальность радиосвязи.
На 275-й серии усилили оборону Пе-2 с хвоста – поставили гранатомет ДАГ-10 с 10 авиационными гранатами АГ-2. Гранаты размещались в кабине стрелка-радиста в двух кассетах по пять штук. Выброшенная из самолета граната сначала тормозилась небольшим парашютом, а затем через 3-5 с разрывалась на пути преследующего истребителя. Установка гранатомета дала возможность стрелку "выкуривать" немцев из их любимой позиции при атаке на Пе-2 -строго сзади.
Применение гранатометов оказалось довольно эффективным. Так, 30 июня 1944 г. самолеты 5-й бад воспользовались гранатометами для отражения атаки истребителей FW 190A. Гранатами и пулеметным огнем стрелки поразили пять "фокке-вульфов". В некоторых полках гранатометы ставили на пикировщики и раньше. В частности, в 9-м бап их смонтировали еще в декабре 1941 г. (в том числе и на Пе-3). В 39-м орап довольно успешно пробовали применять АГ-2 и по автомашинам на дорогах, сбрасывая гранаты с бреющего полета. Конечно, применение гранат не всегда давало результаты, и командование ВВС понимало недостаточность подобных мер.
Вот как оценивался Пе-2 Главным штабом ВВС в мае 1944 г.: "Горизонтальная скорость Пе-2, вследствие его использования главным образом в зонах наибольшего противодействия истребителей противника, требует повышения ее на 20-30 км/час даже по сравнению с самолетами 205-й серии. Это увеличит свободу действий пикировщиков и затруднит нагон его истребителями, а в сочетании с большой скоростью пикирования (до 750 км/час) обеспечит отрыв от них в воздушном бою". В этом же документе отмечались высокая маневренность и живучесть машины, но говорилось, что самолет строг в пилотировании, особенно на взлете и посадке, поэтому для пилотирования требуется хорошая подготовка. Кроме того, была невелика практическая бомбовая нагрузка Пе-2 – всего 600 кг, но и ее не всегда использовали, так как бомбовый отсек мог вместить лишь от 175 до 532 кг мелких бомб. Четырех замков для сброса бомб с пикирования явно не хватало.
Экипажи Пе-2, со своей стороны, отмечали хороший обзор и высокие пикирующие свойства самолета. Опытным летчикам нравилась хорошая устойчивость при прицельном пикировании. Прочное шасси позволяло производить взлет и посадку даже при вязком грунте, но из-за недостаточной мощности моторов для самолета в этих условиях требовался слишком длительный разбег. Отмечалось также, что практический потолок 8800-9000 м достигался очень редко. Эксплуатационные качества Пе-2 были признаны удовлетворительными, в том числе указывалось, что не представляла трудностей подготовка самолета к вылету зимой и летом.