Первый Пе-3 производства завода №22 был закончен постройкой в феврале 1944 г. По мнению заказчика (ВВС), он коренным образом отличался от макета, предъявленного в ноябре 1943 г., и абсолютно не соответствовал требованиям времени. Из конъюнктурных соображений наркомат авиапромышленности запретил внедрение в серию верхних оборонительных установок «ФЗ», рассчитывая на то, что для новейшего варианта Пе-2И они не потребуются, стало быть, и Пе-3 без них обойдется. Крыло на «тройке» также осталось обычным, серийным. Завод по неясным причинам не сумел отладить двухпушечную подцентропланную установку и ограничился всего одной пушкой ШВАК. В носовом обтекателе «в наследство» от j серийной «пешки» остался пулемет УБК. Поскольку дистанционная электрифицированная установка ДЭУ по-прежнему не была готова, то в хвостовой части фюзеляжа смонтировали две кассетницы ДАГ-10 с авиационными гранатами АГ-2 - довольно слабое оружие для защиты сзади-снизу. Ввиду явного несоответствия машины техническому заданию, Пе-3 постройки завода №22 на государственные испытания не передавался (всего в первом квартале 1944 г. построили 19 машин, но в полки они поступили только в августе, после нескольких туров «борьбы под ковром» между НКАП и ВВС). Все выпущенные самолеты, кроме двух, передали на вооружение 48-го (бывшего 40-го АПР ГК КА*) и 98-го (бывшего 4-го АПР ГК КА) гвардейских дальних разведывательных полков.
Истребитель (зав. номер №15/298) июле-августе 1944 г. был предъявлен НИИ ВВС для испытаний вооружения (судьба последней, девятнадцатой машины неясна - весьма вероятно, что она так и не была принята ВВС). Оценка, которую да; ведущий инженер по самолету инженер майор Д. Смирнов, оказалась невысокой Слабость вооружения бросалась в глаза› неспециалисту: в то время даже одномоторные советские истребители, помимо пушки ШВАК, несли по два пулемета УБС Ослабленным оказалось и бомбардировочное вооружение: на подфюзеляжных замках МДЗ-40 можно было подвесит всего две бомбы калибром не боле' 250 кг. Отсутствовала передняя броня Представители завода заявили, что Hi серийных истребителях планируется про ведение доработки, связанной с установкой второй пушки рядом с уже имеющейся
Но это ничего не меняло. Летные данные машины в ходе испытаний не определялись, но, по-видимому, они не слишком отличались от характеристик Пе-2 того же периода постройки. У бомбардировщиков трехсотой и последующих серий максимальная скорость на высоте 3500-4000 оценивалась равной 505-515 км/ч, а врем набора высоты 5000 м составляла 9,5-11 мин. Тактико-технические требования к двухмоторному истребителю 1944 г., разработанные заказывающим управлением ВВС, предусматривали совсем другие цифры: максимальную скорость на границе высотности моторов не менее 625 км/ч и время набора высоты 5000 м не более 6 мин.
Свой способ повышения летных дан ных Пе-3 предложил в феврале 1944 г С.П. Королев. По результатам отработка жидкостного реактивного двигателя РД-1ХЗ на Пе-2 (заводской номер 15/85), он предложил оснастить «пешку» парой таких установок для использования их в качестве ускорителей. «В этом случае, -писал Королев, - Пе-3 на участке догона противника по максимальной скорости становится на уровень новейших истребителей. Значительное увеличение скороподъемности и, одновременно, высоты боевого применения позволит с успехом использовать Пе-3 для уничтожения самолетов противника… на большой высоте.»
В другом варианте высотный истребитель с дополнительными ЖРД Королев предлагал строить на базе серийного Пе-2 с моторами ВК-105ПФ, обещая достижение потолка 15000 м и скорости 785 км/ч! Самолет предполагался одноместным, предельно облегченным, с гермокабиной и турбокомпрессорами. Вооружение - две пушки калибра 20 мм под бомбоотсеком. Баки на 350 кг топлива (тракторного керосина) и 1750 кг окислителя (концентрированной азотной кислоты) размещались в носу фюзеляжа и центроплане, потеснив «родные» бензобаки. Хотя конструктор и считал, что «расчетные данные не дают основания предполагать возникновения каких-либо нежелательных явлений», эксплуатация пилотируемой «полуракеты» обещала быть чересчур сложной и рискованной, а дальность не превышала бы 1000 км. Предложения не были приняты.
Так, на довольно невеселой ноте завершилась история развития двухмоторных истребителей «Пе». Из 360 серийных машин некоторые переоборудовались в перехватчики с радиолокаторами «Гнейс-2», о них можно прочесть в статье «Ночные «ерши» («АиВ» № 2"95). Новый Пе-2И, разработанный под руководством В.Мяси-щева в 1944 г., никакого отношения к истребителям не имел.
Пе-3 в боях