1 августа 1941 г. м-р Чувило, проводивший формирование полка, подписал приказ № 1 по 2-му АПДР ГК КА о формировании трех боевых эскадрилий. К 15 августа полк был сформирован и укомплектован командованием, штабом и летно-техническим составом. В полку имелось 25 самолетов Пе-2 и 17 экипажей, прошедших переучивание на Пе-2 в ОРАЭ и УАП ВА еще в июне-июле 1941 г. Однако к выполнению боевых задач полк пока приступить не мог — экипажи в подавляющем большинстве не имели опыта разведывательных полетов, прибывающее же пополнение летчиков и штурманов — и просто полетов на Пе-2, а техсостав — обслуживания этих самолетов.
22 августа эти неутешительные обстоятельства получили самое трагическое подтверждение — прямо над аэродромом столкнулись две «пешки», из двух экипажей на парашюте сумел спастись лишь один из летчиков.
Красная Армия отступала с тяжелыми боями, разведданные были нужны командованию, как воздух, но… полк по-прежнему выполнял учебные, а не боевые вылеты. Весь август и сентябрь в Монино переучивали прибывавший летный состав, сколачивали летные экипажи, превращая их в воздушных разведчиков.
Продолжалась подготовка техсостава и переоборудование самолетов в вариант разведчика. В бомболюках устанавливались аэрофотоаппараты, и впервые в советских ВВС пять машин оснастили качающимися фотоустановками, изготовленными в ПАРМ полка. Лишние для разведчиков тормозные щитки и автомат пикирования демонтировали, а под крылом устанавливали подвесные бензобаки. Устаревшие радиополукомпасы РПК-1 заменяли новыми РПК-2, стрелки-радисты вместо радиостанции РСИ получили более мощные КВ станции РСБ-бис, а пилоты осваивали автомат курса АК-1, монтировалось кислородное оборудование.
Хотя к этому моменту некоторые разведывательные части уже использовали единичные Пе-2, однако никаким переделкам они не подвергались, и потому применялись исключительно для визуальной разведки. Это значит, что не только войсковые испытания, но и разработка тактики применения, а во многом и создание разведчика на базе Пе-2 (Пе-3) оказались заслугой летного состава и технических специалистов 2-го АПДР.
1 сентября 1941 г. в полку было создано отделение, в состав которого вошли фотолаборатория и группа фотограмметрической обработки (дешифрирования).
1 октября 1941 г. командир полка доложил начальнику разведки ВВС, что 2-й АПДР ГК КА в составе 17 боеготовых экипажей в трех эскадрильях готов к боевым действиям.
3 октября 1941 г., в один из самых критических периодов битвы за Москву был получен первый боевой приказ на воздушную разведку войск и техники противника в районе Вязьмы, для выполнения которого вылетели экипажи ст. л-та Алышева, мл. л-та Кашина(Пе-2 б/н 5) и ст. л- та Рослякова (Пе-2 б/н 2). Выполнив задачу, экипажи вернулись на свой аэродром. С этого дня началась боевая работа 2-го АПДР ГК КА.
7 октября Пе-2 мл. л-та Кашина вылетел на задание. В условиях низкой облачности и ограниченной видимости экипаж выполнил задание и взял курс на свой аэродром. Севернее Смоленска разведчик неожиданно попал под атаку немецких истребителей. Экипаж почувствовал удары по левой плоскости, и в тот же момент стрелок-радист ст. с-т Хропов доложил: «Командир, сзади четыре Ме-109». Уклониться от боя не удалось. Первой же очередью «мессер» вывел из строя левый двигатель — экипаж прозевал атаку, пока высматривал оккупированный Смоленск. Штурман л-т Маркелов и стрелок-радист попытались сдержать врага. Но опыта воздушных боев и даже ведения огня у них не было, и очень быстро они с больших дистанций расстреляли боеприпасы, не нанеся противнику никакого урона. Немцы усилили напор, рассчитывая на легкую победу над одинокой «пешкой». Вдруг разведчик довернул в сторону атакующих, и от него к «мессерам» полетели огненные шары. Истребители шарахнулись в сторону. Сделав еще пару безуспешных заходов, ведя огонь с больших дистанций, они не стали дальше испытывать судьбу, решив, что русский разведчик вооружен каким-то новым оружием. Более 300 км вел Кашин израненный самолет на одном двигателе к своему аэродрому на малой высоте. Когда у него спросили: «Как ты смог отбить атаку четырех истребителей?», он ответил просто: «Сигнальными ракетами». Но военное счастье изменчиво — 31 октября при выполнении боевого задания этот экипаж пропал без вести.