Параллельно с войсковыми (в НИИ ВВС) 13 сентября начались контрольные испытания серийного Ту-2 № 308 с воздушными винтами АВ-5–167А диаметром 3,8 м. Оборонительное вооружение включало две пушки ШВАК и три пулемета ШКАС, а также 10 реактивных снарядов РС-82. Максимальная бомбовая нагрузка достигала 2000 кг, но на бомбодержатели можно было подвешивать до 3000 кг, лишь бы они влезали в грузовой отсек.
Но и на этом этапе без «приключений» не обошлось. Во время одного из полетов экипаж Ту-2 произвел вынужденную посадку, подломав машину. В итоге испытания затянулись до 28 октября.
В 1942-м завод в Омске построил 80 бомбардировщиков, а один из них, согласно статистике МАП, сдали заказчику в следующем году. В то же время в отчете завода № 166 сказано, что в январе 1943 года предприятие собрало 12 машин 7-й серии из задела прошлого года.
Кроме основного варианта – фронтового бомбардировщика, несколько Ту-2 переоборудовали в разведчики Ту-2Р в передвижных авиаремонтных мастерских ВВС. Технические же требования к Ту-2Р ВВС сформулировали лишь в середине лета 1942 года.
У самолета Ту-2 № 308, участвовавшего в войсковых испытаниях в НИИ ВВС, скорость у земли возросла на 20 км/ч и достигала 537 км/ч, а на высоте 6100 метров – 542 км/ч против 514 км/ч. Это был прогресс, но до обещанных Туполевым 460 км/ч у земли и 560 км/ч на высоте 6400 метров дотянуть не удалось.
Не все серийные бомбардировщики дошли до заказчика. Так, четыре машины последней седьмой серии (№ 07–13, № 07–14, № 07–16 и № 07–20) передали на опытный завод № 156, где они дорабатывались в стандартный (Ту-2С) и дальний (Ту-2Д) варианты. Впоследствии к ним прибавился и самолет № 07–14, также переоборудованный в дальний бомбардировщик. По крайней мере, одна машина № 05–07 (согласно отчету НКАП, выпущена в августе 1942 г.), кроме опытной «103-В», по каким-то причинам осталась в Омске. В полете 3 января 1943 года (летчик-испытатель Хлястач) на самолете № 05–07 не удалось выпустить правую опору шасси, и при посадке она потерпела аварию.
Хотя постановлением правительства о создании самолета «103-У» предписывалось размещение тормозных решеток под крылом, необходимых для бомбометания с пикирования, в этом качестве он мог использоваться лишь в редких случаях. Причина заключалась в отсутствии автомата пикирования. Впрочем, опытные образцы такого прибора (АП-103), созданного под руководством А.И. Маркова на заводе № 379, выдержали лабораторные испытания в сентябре 1941 года и были отправлены в Омск на завод № 288, но в пути погибли при бомбежке эшелона. Туполев и Марков неоднократно поднимали вопрос о производстве прицела, НКАП же устранился от решения этой задачи.
В июне 1942 года главный конструктор завода № 379 А.И. Марков сообщал в ЦК ВКП(б):