Бомбардировщики Ту-2 применялись только днем для бомбометания с горизонтального полета, в основном по крупным узлам обороны. Перебои с подвозом бомб крупных калибров, ограниченные размеры аэродромов базирования и ограничения введенные ОКБ на начальном этапе эксплуатации привели к тому, что первые два месяца средняя бомбовая нагрузка на один вылет составляла 1200 кг. Лишь в сентябре 1944 года ее довели до значения 1350 кг. Нередко командование ВВС организовывало удары всеми самолетами 334 БАД, на удалении 300-500 км от аэродрома базирования. Машины берегли и все боевые вылеты проводились при интенсивном прикрытии истребителями Як-9 или "Аэрокобра". Несмотря на это германские истребители энергично противодействовали соединениям Ту-2 и сумели сбить за три месяца 10 и повредить еще 14 машин. В сентябре 1944 г. погиб в воздушном бою в районе Тукумса (Латвия) М.П.Васякин, ведший на бомбежку позиций противника свой полк. В основном жертвой немецких истребителей становились отставшие крайние ведомые, при этом немецкие пилоты использовали слабо защищенные сектора и недостаточную осмотрительность экипажей. Следует отметить, что после первых потерь, о которых узнали в ОКБ, особенно после гибели М.П.Васякина, начались работы по усовершенствованию задних оборонительных стрелковых установок. Еще семь Ту-2 за этот период сбили германские зенитки. Как показала практика, использование Ту-2 характеризовалась одной потерей на каждые 465 самолето-вылетов. Всего за 1944 год ВВС по разным причинам лишились 77 Ту-2 из них: 45 – боевые потери; 18 – аварии и катастрофы; 14 – списаны по износу. Для сравнения потери бомбардировщиков ВВС КА за 1944 г можно оценить по приводимой здесь таблице.
К началу 1945 года кроме 334 БАД в 3-й Воздушной Армии 1-го Прибалтийского фронта, имевшей к тому моменту 111 Ту-2, удалось оснастить этим типом самолета еще 326 БАД (94 машины), входившую в состав 4-й Воздушной Армии 2-го Белорусского фронта. Эти две дивизии, плюс 47 ГДРАП были теми частями ВВС КА, которые были к началу 1945 г перевооружены на Ту-2.
278 бомбардировщиков Ту-2 (из них 264 исправных) составляли к началу 1945 года около 9% всей бомбардировочной авиации КА. Аналогичное положение сохранялось до конца войны. В некоторой степени это произошло потому, что Ту-2, проектирование которого начиналось как пикирующего бомбардировщика, в ходе своего развития практически утратил эту функцию, и заменить Пе-2 в этой роли был неспособен. Пе-2 имел удачное относительно крыла и мотогондол расположение кабины с остекленным полом, и летчик имел возможность наблюдать цель непрерывно, с момента выхода на боевой курс и до прекращения пикирования. К тому же к "пешке" привык летный состав. Ту-2 не обладал достоинствами пикировщика и в основном применялся на заключительном этапе войны лишь для сброса бомб с горизонтального полета.
С января по апрель 1945 года 334 БАД находилась на 3-м Белорусском фронте в составе 18-й Воздушной Армии и вместе с 326 БАД входила в 6-й корпус генерала И.П.Скока. Дивизия наносила удары в полосе линии фронта в районе Варшавы, в Восточной Пруссии в районе Алленштайна, Хайленгебеля, Розенберга, Данцига, Кенигсберга, Гольдсдофа и т.д. Ту-2 334 БАД внесли важный вклад в разгром германской группировки в Кенигсберге. 7 апреля 1945 года в течение нескольких часов 246 Ту-2 и Пе-2 прицельно бомбили позиции немцев, подавляли их зенитные установки и уничтожали самолеты на аэродромах. Затем начался дневной налет 516 дальних бомбардировщиков из состава 18-й Воздушной Армии. Всего в Кенигсбергской операции участвовало 2400 боевых самолетов ВВС КА; за четыре дня на противника было сброшено 4440 тонн бомб, что значительно ускорило падение города-крепости, которое состоялось 10 апреля.
После окончания Кенигсбергской операции 334 БАД в составе 6 БАК (18 ВА) была переведена в распоряжение 1-го Белорусского фронта, где принимала участия в боевых действиях до конца войны. Самолеты Ту-2 наносили удары по Зееловским высотам, участвовали в боях при штурме Берлина. В первый же день боев за Берлин 22 апреля 54 Ту-2 (два полка по три эскадрильи) сбросили на узлы сопротивления в центре города 97 тонн бомб. В дальнейшем Ту-2 привлекались к непосредственной поддержке штурмовых групп наших войск. В частности, 132 БАП громил соединения оборонявшихся немцев, уничтожал их технику и укрепления в районе Тиргартена и в предместьях Берлина.
После капитуляции Германии с мая по август 1945 года корпус Скока отдыхал и готовился к переброске на Дальний Восток, на новую войну, теперь уже с Японией. С 8 августа по 3 сентября 1945 года корпус в составе Забайкальского фронта участвовал в боевых действиях против Квантунской Армии, нанося бомбовые удары и ведя разведку в Манчжурии в районах Хайлара, Цицукара, Харбина, Мукдена и т.д.
По окончанию боевых действий на Дальнем Востоке корпус остался базироваться на Сахалине.