Существенно улучшилось оборонительное вооружение. Носовую стрелковую установку конструкции Торопова с пулеметом калибра 12,7 миллиметра с боезапасом 220 патронов и непрерывным питанием заменили на НУ-134 шарового типа с пятью магазинами по 65 патронов в каждом. На фюзеляже поставили сначала серийную турель ТУМ-5, а затем – модифицированную ТУМ-5М с электроприводом по горизонту и пушкой ШВАК с боезапасом 200 патронов и более совершенным прицелом ОПТ-3. В люковой установке вместо пулемета БТ с ручной перезарядкой и 240 патронами появился УБК того же калибра, но с пневматической перезарядкой и боекомплектом 275 патронов. Доработали и бомбардировочное вооружение, в частности, вместо одного прицела ПС-1 поставили два: ОПБ-1Р и ночной НКПБ-7.
Объем внутренних топливных баков, оснащенных системой заполнения нейтральным газом, возрос на 540 л, а подвесного бака (в бомбовом отсеке) – на 60 литров. Теперь все баки стали вмещать до 6420 литров керосина. Установка жидкостного антиобледенителя на винты и лобовые стекла пилотской кабины благоприятно сказалась на пилотировании машины в сложных метеоусловиях. В итоге доработок значительно возрос взлетный вес машины, что потребовало установки новых колес: главных опор шасси – размером 1325x485 миллиметров и хвостового – 700x300 миллиметров.
Государственные испытания доработанного и одновременно первого серийного самолета начались в феврале 1944 года в Иркутске. Ведущими по машине были инженер Н.М.Кокорин, летчик В.ВЛисицын и штурман Литвинчук. Со 2 по 5 апреля экипаж Лисицына совершил перелет по маршруту Иркутск – Красноярск – Новосибирск – Омск – Свердловск – Москва (аэродром Чкаловская) с промежуточными посадками в указанных пунктах. Испытания проходили довольно тяжело из-за многочисленных дефектов и шесть раз прерывались для доводки как самой машины, так и двигателей, в том числе и для их замены. В конечном счете, выполнив 66 полетов, в октябре пришлось прекратить испытания до полной доводки самолета.
На новой модификации Ер-2 так и не устранили его раскачку в горизонтальном полете с крыла на крыло. По-прежнему на скоростях, меньших 240 километров в час по прибору, самолет не мог сохранять горизонтальный полет с брошенным управлением и переходил в спираль с быстрым нарастанием скорости, хотя при большей скорости позволял выполнять виражи с креном до 50 градусов, демонстрируя устойчивость и легкость в управлении.
В конце 1944 года была предпринята попытка улучшения летных характеристик самолета путем установки на Ер-2 № 7023901 форсированного двигателя АЧ-30БФ. Испытания, проведенные экипажем летчика А.Д.Алексеева, показали значительное улучшение его взлетных свойств как с нормальным, так и перегрузочным весом. Однако недостаточная надежность силовой установки не позволила не только запустить этот вариант самолета в серийное производство, но и провести его государственные испытания.
Несмотря на это, в августе 1944 года после доработки моторов АЧ-30Б бригадой завода № 500 Ер-2 стали сдавать заказчику. Самолет № 7053911, прошедший контрольные испытания в декабре 1944 года, стал эталоном для серийного производства. В то же время по требованию командования Авиации дальнего действия и НИИ ВВС на Ер-2, начиная с № 7083901, стали устанавливать новые фонари кабины пилотов, а с № 71001 – понизили кабину штурмана, что улучшило обзор из кабины летчиков. Тогда же на самолетах начали размещать бомбардировочные прицелы конструкции Деренковского.
Машины перегоняли из Иркутска на подмосковный аэродром Остафьево летчики 73-й вспомогательной авиадивизии, занимавшейся отправкой самолетов с сибирских заводов и ленд- лизовской техники с Аляски с промежуточными посадками через каждые 700-900 километров. Подобные перегоны нередко сопровождались поломками и авариями. Например, на 4 апреля 1945 года из 169 самолетов, отправленных с завода, 14 нуждались в замене 20 моторов, на шести требовалась отладка моторов и замена отдельных агрегатов. Девять машин совершили вынужденную посадку на трассе с убранным шасси.
Но были и приятные сообщения. 23 марта 1945 года Ер-2, пилотировавшийся капитаном Коростылевым, пролетел из Иркутска до Москвы за один день с промежуточной посадкой в Новосибирске. За 15 часов 25 минут летного времени пройдено расстояние 4600 км. Вслед за этим началась подготовка к беспосадочному перелету по тому же маршруту.
Эти перелеты и предшествовавшие им тренировки выявили невозможность ночных полетов из-за неудовлетворительного обзора. В результате опять пришлось дорабатывать конструкцию фонаря кабины. К концу сентября установили новый фонарь и устранили дефекты, выявленные при войсковых испытаниях, а с октября эти доработки стали внедрять на серийных, в том числе и на ранее выпущенных бомбардировщиках.