На фронтовом пикирующем бомбардировщике Пе-2 система бронезащиты была более мощная. Летчик имел 13,5-мм бронеспинку, 4,5-мм бронесиденье и 8,5-мм бронезаголовник. Штурман со стороны задней полусферы защищался вертикальной бронеплитой толщиной 8 мм и имел 13,5-мм подлокотник. Стрелок-радист прикрывался снизу 4,5-мм бронеплитой в районе люковой пулеметной установки и со стороны задней полусферы сверху и сзади верхними и нижней вертикальной бронеплитами толщиной по 8,5 мм.
На дальнем бомбардировщике ДБ-Зф имелись: бронеспинка летчика толщиной 8,5 мм, бронеплиты толщиной 5 мм над головой летчика поверх фонаря кабины, шесть бронеплит по 5 мм каждая, прикрывающие стрелка со стороны задней полусферы, снизу и с боков.
На четырехмоторном Пе-8 устанавливались две 8-мм бронеспинки первого и второго пилота и четыре 12-мм бронеплиты, две из которых защищали подшассийных стрелков со стороны задней полусферы сверху и две – переднего стрелка сзади сверху. Остальные члены экипажа бронезащиты не имели.
Наиболее совершенную схему бронирования среди бомбардировщиков к началу войны имел опытный самолет «103» (будущий Ту-2). Летчик защищался со стороны задней полусферы бронеспинкой и вертикальной бронеплитой толщиной по 15 мм, штурман – вертикальными бронеплитами толщиной 8 и 15 мм, верхний стрелок – бронеплитами толщиной 12 и 15 мм, нижний стрелок – тремя бронеплитами толщиной 6,12 и 15 мм.
В 1936 г. в НИИ пластмасс Наркомата химической промышленности СССР был синтезирован отечественный плексиглас (органическое стекло). На основе этого материала было разработано прозрачное бронестекло, состоящее из внешнего слоя толщиной 30-35 мм, набранного из отдельных плиток (таблеток) закаленного силикатного стекла (сталинита) небольших размеров (до 100x150 мм), приклеенных к толстой «подушке» из оргстекла толщиной 30 мм. Таблетирование внешнего слоя бронестекла обеспечивало необходимую локализацию повреждений. Во всяком случае, так в то время считали.
21 мая 1939 г. нарком химической промышленности М.Ф. Денисов доложил наркому обороны маршалу К.Е. Ворошилову о завершении на заводе К-4 (г. Ленинград) разработки и испытаний совместно с НИИ ВВС прозрачной авиационной брони «для защиты летчика от пулеметного огня противника». Денисов обращал внимание наркома на следующее обстоятельство: «Прозрачная броня получена впервые в СССР. О существовании прозрачной брони заграницей у нас сведений нет».
Эта броня представляла собой «комбинацию из слоя органического стекла (подушка) и наклеенного на нее силикатного стекла «сталинит» в виде отдельных таблеток». Удельный вес полученного стекла достигал 1846-1850 кг/м
Изготовленные на заводе К-4 «образцы и опытные детали брони прошли вполне удовлетворительно полигонные и летные испытания в НИИ ВВС». К этому времени для самолета И-16 отработали пять различных вариантов козырьков с плоскими боковыми гранями и прозрачной броней в лобовой части толщиной 62-64 мм.
Бронестекло показало весьма неплохую пулестойкость. Так, при стрельбе из винтовки калибра 7,62 мм образца 1891/30 г. бронебойной пулей Б-30 тыльная прочность опытных образцов прозрачной брони толщиной 60-65 мм сохранялась на дистанции 400 м под углом встречи 0°, на дистанции 200 м – 30° и выше, а на дистанции 100 м – 45° и более.
С целью отладки технологии производства и уточнения эксплуатационных качеств авиационной прозрачной брони Денисов предлагал организовать выпуск деталей бронекозырьков серийных самолетов, для чего подготовить специальное постановление Комитета обороны при СНК СССР. Ознакомившись с докладом М.Ф. Денисова и приложенным к нему проектом постановления «По вопросу производства комбинированной прозрачной брони для авиации», маршал К.Е. Ворошилов 20 июля 1939 г. обратился к председателю СНК СССР В.М. Молотову с просьбой «рассмотреть предложение тов. Денисова на ближайшем заседании КО».
Пока шло рассмотрение этого вопроса и подготовка необходимых решений по нему, в НИИ ВВС провели дополнительные испытания прозрачной авиаброни и изготовленного из нее козырька, установленного на И-16. Основной вывод сводился к тому, что вес бронекозырька (10,8 кг) излишне большой для самолетов-истребителей, а пулестойкость прозрачной брони все же недостаточна для обеспечения надежной защиты летчика от огня стрелков современных бомбардировщиков. В то же время бронеспинка летчика себя оправдывала. При этом вес металлической и прозрачной брони (бронеспинка, бронекозырек), по мнению летчиков, не должен был превышать 48-50 кг. В противном случае отрицательное влияние бронирования на маневренность И-16 становилось уже заметным.