На протяжении всей войны Пе-2Р оставался основным фоторазведчиком ВВС Красной Армии. Наиболее броско окрашенные Пе-2Р состояли на вооружении 99-го гвардейского дальнего разведывательного авиационного полка – на некоторых машинах из этой части в носу фюзеляжа был изображен в цвете шикарный лев. Скорее всего, эти машины вообще являлись самыми «яркими» (и не уставными) в советских ВВС.
Пе-2 М-82
В конце 1941 г. авиационные заводы из европейской части Советского союза эвакуировались на Урал и в Сибирь за пределы радиуса действия бомбардировочной авиации люфтваффе. Эвакуация привела к хронической нехватки двигателей М-105, которые ставились на пикирующие бомбардировщики Пе-2, истребители Як-1 и ЛаГГ-3. В то же время в избытке имелись звездообразные двигатели воздушного охлаждения М-82 конструкции Швецова. 14-цилндровая двойная звезда развивала мощность в 1400 л.с. Эти моторы выпускал не подлежавший эвакуации завод № 19 в Молотове (ныне Пермь). Спроектированные под М-82 ближние бомбардировщики Су-2 были сняты с производства. В этих условиях ГКО предписал всем авиационным ОКБ рассмотреть возможность установки моторов М-82 на свои самолеты.
Доработка Пе-2 под двигатели М-82 велась под руководством Л.Л. Селякова. Потребовалось полностью перепроектировать мотогондолы и моторамы. Из крыла были убраны водорадиаторы, вместо которых поставили 100-литоровые бензобаки. Маслорадиаторы поставили в толще крыла с внешней стороны мотогондол, в носке крыла были сделаны воздухозаборники маслорадиаторов. М-82 оснащались воздушными винтами диаметром 126 см, в то время как винты двигателей М-105 имели диаметр 86,7 см. Новая силовая установка привела к смещению вперед центра масс самолета, чтобы сохранить балансировку в хвост уложили балласт массой 68 кг.