Первый самолет с двигателем Jumo-211F взлетел в Темпельхофе в марте 1941 года. По опыту первых полетов стало ясно, что придется значительно перерабатывать конструкцию. Новый радиатор увеличил воздушное сопротивление, изменение центровки в результате установки более тяжелого двигателя также дало о себе знать. В дальнейшем значительные усилия были направлены на то, чтобы улучшить неважную аэродинамику "Штуки". Носовая часть была сделана более обтекаемой, изменилась форма фонаря кабины, который теперь плавно "спускался" к месту стрелка-радиста.
Вторым важным направлением для доработок стало усиление броневой защиты. Уже первые бои в Польше дали значительную пищу для размышлений относительно способности самолета сберечь жизни экипажей. В итоге летчика прикрыли сзади броней толщиной 8–12 мм, стрелка — 8-миллиметровой броней сзади и 5-миллиметровой снизу. 4-миллиметровой броней были также защищены водяной и масляный радиаторы. Планировалось усилить и пулеметное вооружение самолета.
Для того чтобы увеличить бомбовую нагрузку и соответственно взлетный вес, пришлось переработать шасси. Теперь "Дора" (такое прозвище получил новый вариант пикировщика Ju-87D) могла поднимать в воздух 1800 кг бомб, что стало большим шагом вперед по сравнению с предыдущими модификациями. Под крыльями вместо бомб могли размещаться контейнеры с тремя пулеметами или пушкой MG-FF калибром 20 мм. Серийное производство модификации D-1, которая считалась переходной, начали незадолго до вторжения в Советский Союз.
Впрочем, будущность "Штуки" была в тот момент в принципе поставлена под вопрос. Как известно, Гитлер планировал разгромить Советский Союз в течение нескольких недель, после чего переключиться на добивание Англии и соперничество с Соединенными Штатами. Соответствующие корректировки в производственные планы были внесены. Несмотря на то что "Штуки" с лучшей стороны показали себя в
Ju-87D со снятыми обтекателями шасси. Восточный фронт
атаках против кораблей, опыт "Битвы за Англию" 1940 года показывал, что время этих машин уходит. В итоге в течение 1941 года было выпущено лишь около 500 "Штук".
Новый взлет пикирующему бомбардировщику, как это ни парадоксально, принес провал вермахта на Восточном фронте. К началу 1942 года стало очевидно, что война с Советским Союзом затянется на продолжительное время, а другого совершенно необходимого немецким войскам самолета непосредственной поддержки у Люфтваффе попросту нет. В итоге выпуск пикировщиков в 1942 году составил более 900 экземпляров.
На смену модификации D-1 довольно быстро пришла модель D-3, отличавшаяся улучшенным бронированием кабины экипажа. Дополнительные броневые листы были расположены в первую очередь по бортам кабины. Броней были прикрыты и бензобаки. К этому времени выяснилось, что изначально установленная на "Доре" защита спасала разве что от пуль винтовочного калибра, из которых состоял боекомплект старых польских, британских и советских истребителей. Однако новые "Яки" и "ЛаГГи" имели гораздо более серьезное вооружение, в том числе пушечное. Эффективно защитить "Штуки" от огня пушек и крупнокалиберных пулеметов немецким конструкторам так и не удалось. Ничего похожего на бронирование советского штурмовика Ил-2 при всем желании сделать не получилось.
Ил-2 здесь упомянут далеко не случайно. В 1942 году немцы все более пристально присматривались к советскому штурмовику, отмечая и удачную конструкцию, и высокую эффективность его действий в руках опытного пилота. Тактика "Штук" в этот период меняется, самолеты все чаще начинают наносить удары с малых высот, чтобы избежать потерь от смертоносного зенитного огня. Использование Ju-87 в роли штурмовика находит все большее распространение, с обтекателей шасси даже снимаются ставшие ненужными сирены.
Модификация D-3 стала наиболее массовой из всех "Штук", количество выпущенных самолетов превысило полторы тысячи экземпляров. И это — несмотря на то что потери устаревших пикировщиков продолжали расти! Причина была все той же: другого самолета непосредственной поддержки наземных войск у немцев просто не было. Разработка новой машины отняла бы силы и ресурсы, и более благоприятным вариантом казалось продолжение выпуска устаревшей, но недорогой и хорошо освоенной в производстве конструкции. Штурмовик Hs-129, созданный в 1941 году, оказался гораздо менее универсальной машиной, к тому же обладавшей целым букетом серьезных недостатков.