Белорусская операция внесла новое в тактику применения пикировщиков. Накануне наступления командующие воздушными армиями получили категорический запрет на управление вылетами и действиями отдельных групп самолетов (что практиковалось ранее). Им рекомендовалось ставить конкретные задачи лишь бомбардировочным корпусам и дивизиям. При подготовке операции на тыловых аэродромах отрабатывалась организация массированных ударов целыми бомбардировочными корпусами. Однако на основе опыта сбора и построения в воздухе соединений было решено, что целесообразнее наносить удары силами дивизий или авиаполков.
С началом наступления в авиационной подготовке участвовало 548 Пе-2. Удар по флангам немецкой группировки наносился еще до рассвета 23 июня 1944 г. "Пешки" бомбили цели, выявленные разведкой и подсвеченные экипажами бомбардировщиков авиации дальнего действия. В ходе наступления пикировщики постоянно помогали продвижению наземных войск. Например, 90 Пе-2 из 1-го бак совместно со 180 штурмовиками Ил-2 нанесли удар по Богушевскому узлу сопротивления немцев, который тут же был оставлен противником.
26 июня разведчики Пе-2 установили, что 4-я немецкая армия начала отход из района Орши и Могилева за Березину. Однако 4-я воздушная армия 2-го Белорусского фронта, в полосе действий которого отступала вражеская группировка, не имела для удара достаточно сил. По указанию Ставки для оказания помощи соседу привлекли 3-й бак (генерала ВА Ушакова) из состава 16-й воздушной армии 1-го Белорусского фронта. Вылетая с аэродромов близ Гомеля, "пешки" нанесли несколько эффективных ударов по скоплению гитлеровцев у переправ через Березину и по самим переправам. Эти полеты на большую дальность потребовали изменения форм взаимодействия бомбардировщиков с истребителями прикрытия. Они стали встречаться не "на кругу" в районе аэродрома, а на маршруте полета к цели. Такой способ требовал более точного соблюдения временного графика полета к точке встречи и исключения всяких случайностей. Но при этом увеличились радиус действия бомбардировщиков и время их пребывания над целью. 29 июня эскадрилья капитана Сулиманова из 24-го бап нанесла удар по мосту через Березину – единственному выходу из Белорусского котла – и прямым попаданием одной ФАБ-250 разрушила его.
Противник поспешно проводил перегруппировку войск. В этих условиях высокая точность бомбометания Пе-2 оказалась необходимой. Их ударам постоянно подвергались все основные железнодорожные узлы немцев в прифронтовой зоне. Вот только один эпизод, описанный командующим 2-й воздушной армией С.А. Красовским: "В число объектов, которые должны были атаковать летчики 2-ой воздушной, входил железнодорожный узел Львов. Выполнение удара по узлу возложили на группу из 18 самолетов Пе-2, возглавляемую капитаном ВА. Плотниковым.
Не успели наши самолеты подойти к цели, как посланный заранее воздушный разведчик донес, что на станции находятся пять железнодорожных эшелонов. Зенитная артиллерия врага открыла яростный огонь. В небе появились белые шапки разрывов. Но это не смутило Плотникова и его друзей. Они пробились к станции и разрушили входные и выходные стрелки, а затем начали бомбить эшелоны. Противник понес большой урон в живой силе и технике. Экипажи, выполнив задание, благополучно вернулись на аэродром".
Именно в 1944 г. Пе-2 стал широко применяться как пикирующий бомбардировщик. Непросто происходил этот процесс. Так, в 293-й бад в первой половине 1943 г. количество боевых вылетов с пикированием составляло 10%, а во второй – 15%. Разумно предположить, что эти вылеты совершали . наиболее подготовленные экипажи. Их становилось все больше по мере улучшения положения дел на фронте, снижения боевых потерь, повышения уровня требований к пополнению.
В 1944 г. средняя меткость бомбометания с горизонтального полета повысилась на 11 % по сравнению с той, что была год назад. При сбросе бомб с пикирования вероятность поражения цели размером 200x200 м с высоты 2000 м доходила до 0,98.
Однако все еще случавшиеся отказы механизма уборки тормозных решеток ставили авиаторов в очень тяжелое положение. После сброса бомб летчик с трудом мог удерживать самолет в горизонтальном полете с большим углом атаки, при этом скорость не превышала 300 км/час. Поэтому не прекращались попытки бомбить с пикирования без выпуска тормозных щитков, таким же образом, как это делали Ju 88 и Ju 188 во второй половине войны.
Весной 1944 г. "пешку" оснастили опытным прицелом ППП-1 с движущейся сеткой.
Испытания, проведенные летчиком капитаном П.И. Толузаровым, прошли успешно. Единственным ограничением было требование не превышать угол пикирования в 55°, иначе приборная скорость на выходе превосходила 700 км/ч.
Этот прицел, как и многие другие новшества, не был внедрен в серию. Основное внимание уделялось наращиванию выпуска бомбардировщиков и устранению производственных дефектов. Завод № 22 построил за 1944 г. 2944 пикировщика, более чем на 500 машин увеличив производство по сравнению с 1943 г.