Разработка учебно-тренировочного варианта Пе-2 началась лишь в 1943 г. Самолет известен как УПе-2, но встречается также обозначение Пе-2УТ. На учебно-тренировочном варианте не ставилась стрелковая установка штурмана – турель ВУБ-1. Задняя часть фонаря кабины и весь нос фюзеляжа зашивались металлическими листами. Вторая кабина оборудовалась в фюзеляже примерно посередине между местом штурмана и стрелка-радиста «нормального» Пе-2. Фонарь второй кабины имел ярко выраженные «граненые» формы с весьма слабой претензией на аэродинамику. В первой кабине располагался курсант, во второй – инструктор. Управление – двойное с приоритетом управления из второй кабины. Обмен речевой информацией между курсантом и инструктором в полете обеспечивало устройство СПУ-3. Доступ в первую кабину – такой же как на Пе-2, во вторую – с крыла через сдвижную часть фонаря.
Из-за установки второй кабины пришлось отказаться от 440-л фюзеляжного топливного бака. В целях сохранения массы на приемлемом уровне была снята часть бронезащиты. I вменилось расположение натяжной антенны: провод антенны шел от мачты к обоим стабилизаторам (на Пе-2 – только к левому стабилизатору), антенный ввод разместили на поверхности фюзеляжа непосредственно перед козырьком фонаря первой кабины.
Размеры УПе-2 остались такими же как у пикирующего бомбардировщика Пе-2: размах крыла 17,11 м, длина 12,78 м, высота 3,42 м. Масса пустого составляла 5956 кг, взлетная масса – 7344 кг. Самолет оснащался двумя двигателями М-105ПФ мощностью 1210 л.с. и мог развивать на высоте 3600 м скорость 508 км/ ч. Практический потолок УПе-2 – 8700 м, дальность полета 890 км.
На УПе-2 сохранилось все оборонительное вооружение Пе-2, исключая стрелковую точку штурмана и бортовой ШКАС стрелка-радиста (люковый УБ остался).