Вслед за 132-м бап на Ту-2 был сформирован 12-й бап во главе с П.Х. Козыревым. Полк также начал боевые действия на Калининском фронте.
Что касается серийных Ту-2С, то они начали поступать в строевые части в 1944 году, и одной из первых машины этого типа получила 334-я бад полковника И.П. Скока. К июлю 1943 года в дивизии числилось 83 бомбардировщика, которые приняли участие в наступлении войск 1-го Прибалтийского фронта.
Так, 27 июля 62 Ту-2С взлетели и, построившись в колонну девятками, взяли курс к линии фронта. По пути их встретили 56 истребителей сопровождения. В тот день разведка установила, что на железнодорожной станции Митава находилось большое количество эшелонов противника. По ним и нанесли удар, уничтожив до 20 составов.
В тот же день по аэродрому противника нанесли удар Ту-12С 12-го бап (той же дивизии) подполковника М.П. Васянина. Несмотря на повреждения взлетно-посадочной полосы, взлетела часть истребителей Bf 109 и, вынырнув из облаков, нанесла удар по ведущему бомбардировщику командира полка. Васянина, покинувшего подбитую машину последним, немцы расстреляли в воздухе.
В начале октября две группы Ту-2С 334-й бад нанесли удар по аэродрому Эзере. Ту-2, охраняемые истребителями, маневрируя по высоте и скорости в зоне интенсивного зенитно-артилерийского огня, в боевом порядке «правый пеленг звеньев» с высоты 4500 метров отбомбились по самолетам противника на северной и южной окраинах аэродрома. Судя по результатам фотоконтроля, удалось уничтожить командный пункт, четыре бомбардировщика Ju 88 и пять истребителей FW 190, повредить взлетно-посадочную полосу и до 15 самолетов.
Вслед за этим 18 Ту-2C нанесли еще один удар по этому же объекту и также успешно. Наши машины потерь не имели.
По мере наступления вместе с наземными войсками на запад продвигались и части 334-й дивизии. В октябре 1944 года пять девяток Ту-2С в сложных метеоусловиях с многослойной облачностью и при сильной противовоздушной обороне удачно отбомбились, нанеся противнику существенный урон и парализовав работу порта.
В конце 1944 года в состав 3-й ВА вошла 336-я бад, в которой числилось 54 Ту-2С.
Освоение бомбардировщика сопровождалось выявлением все новых и новых дефектов. Штурманы жаловались на неудовлетворительный обзор, затруднявший детальную ориентировку, плохо просматривались цели при подходе к ним. Все это сказывалось на результатах бомбометания. Недостаточная путевая устойчивость (этот дефект сопровождал Ту-2 на протяжении всего периода его эксплуатации) усложняла пилотирование в сложных метеоусловиях и ночью.
Летчики отмечали неудачную конструкцию фонаря, переплеты которого ограничивали обзор и неудовлетворительное освещение приборов. Посадка экипажа в переднюю кабину по складной стремянке требовала остановки моторов и была сопряжена с опасностью. Отмечались раскрутка винтов АВ-5–167А обратной схемы с регулятором Р-7, частые разрушения покрышек костыльного колеса и неудобная установка пулемета БС у штурмана. А медленная заправка машины горючим затягивала ее подготовку к повторному вылету.
Самолет оперативно доработали. Достаточно сказать, что к маю 1944 года в строевые части передали пять машин с улучшенным обзором. С этого же месяца на них стали устанавливать воздушные винты прямой схемы АВ-5В-167А, а с четвертой серии завод № 23 сократил время заправки топливом до 1 часа 20 минут.