О программе тяжелого барражирующего истребителя с тяжелым вооружением и большой дальностью полёта руководство ВВС снова вспомнило только после начала массированных налетов немецкой авиации на Москву. К этому времени из пяти наиболее вероятных на эту роль кандидатов (МПИ-1, Та-3\ОКО-6, И-29, ДИС и ТИС(А)) до стадии серийного производства не был доведен ни один. А части ПВО, да и не только они, требовали тяжелый истребитель. Вот тут-то и пришла идея перевоплотить пикировщик Пе-2, созданного на базе ВИ-100, обратно в истребитель.

   Решением ГКО от 2-го августа 1941 года КБ Петлякова предписывалось до 6 августа представить на испытания истребительный вариант Пе-2. ВВС рассчитывали получить самолёт с максимальной скоростью порядка 550 км\ч, дальностью полёта 2000 км и мощным пушечно-пулеметным вооружением. Для достижения заданных требований с обычного Пе-2 убрали место заднего стрелка – там установили дополнительные бензобаки на 700 литров горючего, и еще один такой же бак разместили в бомбоотсеке. Демонтировали тормозные решетки, посчитав их лишними для истребителя. Вооружение усилили установкой дополнительного пулемета БК в носовой части самолёта, и одного пулемета ШКАС в хвостовом коке. Бомбовая нагрузка составляла 700 кг. Вместо рации РСБ-бис установили РСР-4, и при этом, с целью максимального облегчения самолета, с него сняли радиополукомпас.

   На испытания Пе-3 поступил 7 августа 1941 года. В общем, за исключением максимальной скорости и некоторых маневренных характеристик, самолёт удовлетворил заказчика и уже 14 августа поступило распоряжение развернуть серийное производство Пе-3 на заводе №39. В процессе производства планировалось усилить вооружение установкой пушек ШВАК и пулеметов БК\БТ вместо ШКАСов, заменить рацию, усилить бронирование и многое другое. Все доработки проводились в несколько этапов на протяжении всего серийного строительства Пе-3.

   Почти одновременно завод №22 представил свой альтернативный вариант истребителя – Пе-2И. В нем отличия от обычного Пе-2 были минимальны. Также, как и на Пе-3, с него убрали место стрелка (для установки 270-литрового топливного бака), но форму фюзеляжа оставили прежней. Под фюзеляжем смонтировали пушку ШВАК в обтекателе и установили два подвесных топливных бака. При сравнении обоих самолётов оказалось, что Пе-2И обладает большей дальностью полёта и некоторым преимуществом в скорости, однако эти показатели были достигнуты при помощи небольшой хитрости – на скоростных замерах Пе-2И летал в облегченном варианте без ПТБ, а в полетах на достижение максимальной дальности – с ними. В итоге серийно продолжили строить только Пе-3.

   До конца августа завод №39 собрал 16 истребителей, в сентябре – 98, а в октябре ещё 86. В ноябре 1941 года прошел испытания первый опытный образец улучшенного Пе-3бис. От серийных машин он отличался установкой более мощного вооружения ( два пулемета УБК и пушка ШВАК в носовой части, и УБТ в подвижной башенной установке у штурмана ), крыло оснастили предкрылками, уменьшили длину фонаря кабины пилота и переместили почти на полметра вперед противокапотажную раму. Также внедрили систему нейтрального газа и поставили противопрожекторные шторки на все стекла кабины. Предусматривалась установка РПК-10, но завод, из-за постоянных сбоев поставок оборудования так и не оборудовал Пе-3бис радиополукомпасом. Большинство усовершенствований внедрялось прямо в боевых частях – заменяли вооружение, устанавливали пусковые установки РО-82, в хвостовой части размещали держатели для ДАГ-10.

   С апреля 1942 года Пе-3бис начали выпускать серийно. Серийные экземпляры не имели противокапотажной рамы, но оснащались башенной установкой ВУБ-1 (Б-270) с пулемётом УБК. Усилили бронирование кабины пилота и штурмана. Два носовых пулемета перенесли под фюзеляж и закрепили их в общем обтекателе. В таком виде Пе-3бис выпускался до осени 1942 года, поскольку вскоре завод № 39 переключили на выпуск бомбардировщиков Ил-4.

   По оценкам НИИ радиопромышленности, выполненным в 1940 г., авиационный радиолокатор, созданный на основе технологии того периода времени, вместе с источниками питания и кабелями должен был весить не менее 500 кг. Размещение такой массивной аппаратуры на одноместном истребителе представлялось явно невозможным. К тому же работа станции требовала непрерывного обслуживания (при тогдашнем уровне радиотехники об автоматизации и речи не могло идти), которое отвлекало бы летчика от пилотирования.

   Выход напрашивался сам собой - установка бортовой РЛС могла быть реализована только на многоместном самолете. По предложению летчика-испытателя НИИ ВВС С.П. Супруна в качестве носителя решили использовать самолет Пе-2.

   В начале 1941 г. в НИИ радиопромышленности построили действующий макет станции, получившей название "Гнейс-1”. Первая авиационная бортовая РЛС, естественно, оказалась весьма несовершенной. К тому же при экспериментах израсходовали весь запас генераторных ламп-клистронов сантиметрового диапазона – "сердца” будущей РЛС, а заказать новые было уже негде. Началась война, многие предприятия электро- и радиопромышленности пришлось эвакуировать на Восток, и в их числе оказался разработавший лампы НИИ-9. Его оборудование и специалисты оказались разбросаны по разным заводам, а сам НИИ-9 фактически прекратил существование. Эвакуировали в Свердловск и НИИ радиопромышленности. На новом месте пришлось заново восстанавливать лабораторную и испытательную базу.

   Новый комплект аппаратуры разрабатывали на лампах метрового диапазона, освоенных в серийном производстве. Создание этого варианта станции, названного "Гнейс-2”, возглавил В.В. Тихомиров. Устройство индикации цели на основе электронно-лучевой трубки, позволявшее наглядно определить расстояние до цели и ее положение в пространстве, разрабатывали А.Б. Слепушкин и Р.С. Буданов. От НИИ ВВС работы курировал военный инженер Е.С. Штейн

   Для ускорения работы изготовление аппаратуры вели, не дожидаясь полного выпуска документации. Монтаж производили по эскизным наброскам и принципиальной схеме, на ходу внося изменения и избавляясь от дефектов. К концу 1941 г. первый "летный” образец РЛС "Гнейс-2” с мощностью излучения 10 кВт, работавший на волне 1,5 м, был собран.

   В январе 1942 г. на аэродроме под Свердловском, куда перебазировали НИИ ВВС, станцию смонтировали на самолете Пе-2. Вскоре начались испытания. Заметим, что органы управления и индикатор "Гнейса” разместили в кабине оператора радиолокатора (где прежде сидел штурман), а часть блоков станции смонтировали в кабине стрелка-радиста. Самолет стал двухместным, что негативно сказалось на его боевых возможностях. Параллельно с оценкой работоспособности РЛС, являвшейся, по сути, экспериментальным образцом, отрабатывались методика и тактика боевого применения радиолокационного истребителя. Пе-2 при испытаниях пилотировал майор А.Н. Доброславский. С "Гнейсом” работали сами ведущие инженеры В.В. Тихомиров и Е.С. Штейн. В качестве цели использовался самолет СБ.

   В первых же полетах выяснилось, что станция имеет большую "мертвую зону” вблизи от самолета, в которой отраженные от цели сигналы подавляются собственными помехами передатчика. Обнаружилась и еще одна особенность станции: для увеличения сферы обзора ее антенное устройство имело очень широкую диаграмму направленности. В связи с этим при полете на малых высотах обзорный экран полностью «забивался» отраженными от земли сигналами. Если же самолет набирал высоту, то его станция оказалась не в состоянии обнаруживать цели, летевшие ниже и невидимые на фоне земли. Минимальная высота, на которой исчезали проблемы, связанные с отражением от земли, оказалась порядка 2000 м.

   Доводка оборудования проводилась круглосуточно, тут же на аэродроме. Устранялись отказы, опробовались антенны разных типов, вносились изменения в конструкцию РЛС, позволившие сократить "мертвую зону” до 300 м (а затем и до 100 м) и улучшить надежность станции. В июле 1942 г. программа государственных испытаний была выполнена. Основные результаты оказались, по тем временам, неплохими:
· дальность обнаружения самолета-бомбардировщика 3500 м;
· точность выхода на цель 5 °;
· минимальная высота полета при поиске противника 2000 м.

   Итоги испытаний были признаны успешными, хотя РЛС и нуждалась в совершенствовании: из 25 выполненных полетов в 5 случаях аппаратура "Гнейс-2” отказывала. Авиация ПВО нуждалась в новой технике (а в 1943 г. в число заказчиков вошли и ВВС ВМФ), и еще до конца испытаний институт начал изготовление 15 предсерийных комплектов станции, которыми были оборудованы самолеты Пе-2 и Пе-3. В конце 1942 г. самолеты передали ПВО Москвы, а затем несколько машин перебросили под Сталинград для борьбы с немецкими транспортниками, снабжавшими окруженную армию Паулюса.

   Официальные войсковые испытания Пе-2 с "Гнейс-2” были проведены в феврале-мае 1943 г. под Ленинградом во 2-м гвардейском корпусе ПВО. При перехвате воздушных целей истребители наводились наземными РЛС дальнего обнаружения "Редут”. Председателем комиссии по проведению испытаний был командир корпуса Герой Советского Союза генерал-майор Е.Е. Ерлыкин, от разработчика в работе участвовал В.В. Тихомиров и от НИИ ВВС - инженер Е.С. Штейн.

   Параллельно продолжались испытания "Гнейса-2” на истребителе Пе-3 в НИИ ВВС, задачей которых была выработка рациональной тактики перехвата воздушных целей. Наведение на самолет противника производилось в два этапа: на первом - по командам оператора наземной РАС "Пегматит” с дальностью действия 100 км, а на заключительном - с использованием бортовой станции. Совместная работа двух приборов исключалась из-за помех, создаваемых передатчиком "Гнейса”. От оператора "Пегматита” требовалось вывести "пешку” в заднюю полусферу неприятельского самолета на дистанцию не более 3000-3500 м. Атака становилась наиболее вероятной, если истребитель в момент захвата цели заходил ей строго в хвост, либо летел под небольшим утлом к ее продольной оси. Естественно, обеспечение столь точного выхода на цель с учетом несовершенства тогдашней аппаратуры было делом непростым, требовало высокой согласованности и взаимопонимания между оператором наземной РАС и пилотом истребителя. Недаром в выводах по испытаниям записали: "решающее значение имеет уровень подготовки операторов наведения...”

   16 июня 1943 г. постановлением ГКО станцию "Гнейс-2” приняли на вооружение, а НИИ радиопромышленности поручали изготовить большую партию РАС. Для этого институт со всем заделом аппаратуры был возвращен из эвакуации, а на базе НИИ ВВС бригада специалистов под руководством В.В. Тихомирова начала сборку и настройку станций.

   Заметим, что примерно в то же время В.В. Мигулиным и П.Н. Куксенко была создана и другая самолетная РАС типа ПНБ (прибор ночного боя). Она имела сходные с "Гнейс-2’ характеристики, однако, уступала ей в технологичности и не передавалась в серийное производство.

Возобновление производства
   Отказ от всех прототипов тяжёлых истребителей, проходивших испытания в 1940-1943 гг., и прекращение серийного выпуска самолётов Пе-3 привело примерно к той же ситуации, которая наблюдалась в 1941 году. Конечно, с ролью истребителей-сопровождения могли справляться и более лёгкие Як-9ДД, появившиеся на фронте только в 1943 году, но как показал опыт западных союзников, у которых в течении всей войны прослужили такие знаменитые машины как Р-38 и Р-61, тяжелые многоместные истребители в некоторых случаях были просто незаменимы. Например, тяжёлый двухмоторный американский P-61 "Black Widow” (наряду с аналогичным ему по назначению немецким Не-219А) был признан лучшим ночным истребителем, а Р-38 "Lightning” добросовестно выполнял сверхдальние полёты по сопровождению тяжёлых бомбардировщиков В-17 и В-24. Тот факт, что в СССР не строили армады Пе-8 вовсе не говорил о том, что в подобных самолетах наша авиация не нуждалась. В Советском Союзе не было огромного флота тяжёлых бомбардировщиков – зато таких машин как Ил-4 и Ер-2 выпускалась достаточно (справедливости ради следует отметить, что бомбардировщиков Ермолаева построили сравнительно немного – около 500) – для их сопровождения отлично подошли бы и МиГ-5, и ТИС, и Та-3…

   Тем не менее, все подобные программы были закрыты, а создать что-либо стоящее за очень ограниченный промежуток времени было почти нереально. Вот и решили опять вернуться к старому – к истребителю Пе-3.

   К этому времени обычная "пешка” претерпела многочисленные изменения, благотворно отразившиеся на ее ТТД. Новый истребитель должен был вобрать в себе все лучшее от бомбардировочного варианта – в том числе установку штурмана "ФЗ” и крыло с модифицированным профилем носка, улучшавшим поведение машины на посадке. Впрочем, выпущенный заводом № 22 в феврале 1944 года обновленный Пе-3, по мнению специалистов ВВС, довольно сильно отличался от макета, представленного им в ноябре 1943 года. По решению НКАП Пе-3 не нуждался ни в установке ФЗ, ни в новом крыле. Вдобавок завод не сумел отладить двухпушечную подфюзеляжную установку и дистанционную электрифицированную установку ДЭУ, так что в серии истребитель выпускался с одной подцентропланной пушкой ШВАК, одним носовым пулемётом УБТ и двумя кассетницами ДАГ-10 с авиагранатами АГ-2. По своим ТТД Пе-3 образца 1944 года недалеко ушёл от первых истребительных "пешек” и даже больше того – некоторые характеристики самолёта снизились. Например, даже одномоторные истребители несли более мощное вооружение, к тому же ГУ ВВС желали получить истребитель со скоростью 625 км\ч временем набора высоты 5000 метров не более чем за 6 минут, а данные самолёта, представленного на заводские испытания были несколько далеки от предъявляемых требований. Выжать что-либо из Пе-3 уже не представлялось возможным, так как все пределы для модернизации модели 1941 года были исчерпаны и гораздо более перспективными тогда казались наработки Мясищева по самолёту Пе-2И (образца 1943-44 гг.). По заверению заводчан некоторые недостатки истребителя подлежали исправлению, но представителей ВВС показатели Пе-3 образца 1944 года совершенно не устроили и на государственные испытания истребитель решили не передавать. Тем не менее, завод № 22 все же выпустил 19 истребителей, семнадцать из которых поступили на вооружение 48-го и 98-го гвардейских дальних разведывательных полков.  Два самолёта оставили для испытаний.

   За время серийного производства с сентября 1941 по сентябрь 1944 года заводы № 22 и 39 собрали 360 истребителей Пе-3\Пе-3бис.

Боевая работа
   Несмотря на немногочисленность Пе-3, по сумме своих боевых качеств оказался на хуже специализированных истребителей Bf-110 и "Beaufighter”.Первым их освоил 95-ый СБАП, ранее летавший на СБ-2М-103 и Пе-2. За июнь-август 1941 года полк потерял почти все самолёты и был перевооружен на Пе-3. С 25 сентября он был переименован в 95-ый ИАП и, получив 40 тяжелых истребителей, полк был включен в состав 6-го ИАК, обеспечивающего ПВО Москвы. За первый месяц применения на Пе3 удалось добиться нескольких побед в воздушных боях, но как истребитель его использовали мало. Основной их задачей стало нанесение штурмовых ударов по наступающим немецким частям на московском направлении. С усилением группировки бомбардировщиков надобность в тяжелых истребителях постепенно отпала и 95 ИАП в марте 1942 года передислоцировали на Север. В составе авиации флота Пе-3 воевали весьма успешно. Первоначально 95 ИАП, поручили нанесение бомбовых ударов по кораблям и аэродромам противника. За апрель-май Пе-3 потопили три и повредили ещё несколько финских и немецких судов не понеся при этом потерь, но вскоре и немецкая авиация дала знать о себе. В конце весны был организован налёт на авиабазу Хебугтен, где были сосредоточено крупные силы противника. Встретившая семерку Пе-3 группа Bf-109G (около 20 истребителей) была рассеяна ракетным огнём, но уже на обратном пути немцы полностью реабилитировались, уничтожив пять тяжелых истребителей. Гораздо удачнее Пе-3 действовали, обеспечивая прикрытие союзных и советских конвоев. Наибольший успех на их долю выпал 13 июля – в этот день четверка Пе-3 под командованием капитана К.Володина обнаружила большую группу Ju-88 и ракетно-пушечным огнем сбила семь самолётов без потерь со своей стороны. Несколько позднее, 19 сентября, четыре Пе-3 перехватили 24 Ju-88, пытавшихся атаковать конвой PQ-18 и сбили два самолёта. 25 апреля 1943 года при сопровождении торпедоносцев Ил-4, нацеленных на атаку немецкого конвоя в Конгс-Фиорде, три пары Пе-3 расправились с барражирующим над портом Не-115 и рассеяли истребители прикрытия Bf-110, после чего торпедоносцы пустили ко дну четыре вражеских корабля.

   Там же, с лета 1942 года воевали 13-ый и 121-ый СБАП, тоже частично оснащенные Пе-3. Функции у них были те же, что и у 95 ИАП, только воевали они на Пе-3 меньше. 13-ый БАП использовал истребители до середины 1943 года, понёся наибольшие потери во внебоевой обстановке, но сумев до этого момента уничтожить несколько Ju-88. Примерно в это же время с Пе-3 расстался и 121-й полк, передав оставшиеся самолёты в 95-ый ИАП.

   208-ой СБАП получил двадцать Пе-3 в сентябре 1941 года и воевал на них до декабря, принимая активное участие в обороне Москвы. Полк за три месяца боёв лишился всего 10 самолётов, после чего остальные 12 Пе-3 были переданы в 95 ИАП, а полк переучился на Ил-2.

   40-ой СБАП, также потерявшего большую часть своих СБ в первые месяцы войны, в сентябре разделили на две части. Оба новообразованных полка (40-А СБАП, впоследствии – 511 ББАП, и 40 СБАП) летали и на Пе-2 и на Пе-3, причем как истребители Пе-3 там не применялись. С января 1943 года, из-за потерь, 40 СБАП постепенно перевооружили на Пе-2Р и А-20, переименовав в 40-ой ДРАП. 511-ый ББАП воевал на Пе-3 в составе Западного Фронта до июня 1942 года, применяя свои истребители в качестве ближних бомбардировщиков. Потеряв за три месяца боёв 13 из 20 самолётов полк переоснастили Пе-2Р и преобразовали в ОРАП.

   9-ый ББАП, базировавшийся в июне 1941 года в Прибалтике, потерял все свои самолёты в первые четыре дня войны и с сентября 1941 года также летал на Пе-3. До декабря его самолёты штурмовали немецкие войска, после чего 9-ый СБАП подчинили непосредственно Главному Штабу ВВС РККА и поручили выполнение особых задач. Пе-3 сопровождали самолёты руководителей ВВС и участвовали в лидировании авиачастей, направляемых на фронт. Одновременно приступили к перевооружению самолёта по типу Пе-3бис, поэтому в новый 1942 год полк вступил располагая самолётами с существенно усиленной огневой мощью. Насколько были хорошо подготовлены экипажи 9-го СБАП и как повлияла модернизация Пе-3 на его боевые возможности, можно судить по следующему эпизоду. 5 июля 1942 года Пе-3 капитана К.Данилкина, лидировавшего группу ЛаГГ-3, был перехвачен над своим аэродромом четырнадцатью Bf-109F. В завязавшейся схватке штурман К.Мантуров сбил (или тяжело повредил) два вражеских истребителя, третий был сбит огнём носовых пулеметов и пушки, а четвертого Данилкин таранил уже на горящей машине. Боевая работа 9-го СБАП продолжалась до мая 1942 года, после чего полк получил Пе-2 и, впоследствии, летал только на них.

   С октября 1941 года на Пе-3 летал 54-ый СБАП. Полк воевал под Москвой и добился хороших успехов в нанесении бомбовых ударов по аэродромам и наступающим немецким войскам. Боевая эффективность полка, правда, была существенно подорвана потерями, понесёнными в ожесточенных боях. До начала 1942 года полк лишился 11 истребителей, а в конце января, после мощного бомбового удара немцев по аэродрому базирования Пе-3, эта часть, потеряв ещё семь машин, практически перестала существовать. Уцелевшие самолёты в мае 1942 года передали в 511 ББАП.

   Кроме вышеуказанных частей несколько Пе-3 были переданы в 1, 2, 3 и 4 ДРАП, 118-ый РАП Северного Флота и 603 СБАП, а также в некоторые разведывательные эскадрильи. Почти все Пе-3бис попали во 2,4 и 40-й АПР ГК и в 9-ый ББАП. Машины серии 1944 года, как это было указано ранее, передали в 48-ой и 98-ой ОРАП. Последний выделил в июне 1944 года один самолёт для перелёта в Италию, где советские военные специалисты наблюдали за действиями союзных войск.

   Истребители Пе-3бис продержались на вооружении вплоть до начала 50-х гг., после чего их окончательно заменили на Ил-28.

   В отличии от своего прародителя – бомбардировщика Пе-2, самолётов Пе-3 попало в руки врагов совсем немного, и большинство из них – в небоеспособном состоянии. По крайней мере в немецких документах не указывается, что хотя бы один подобный самолёт был облётан или восстанавливался для дальнейшего использования. Только единичный Пе-3бис, после вынужденной посадки 11 сентября 1942 года, угодил к финнам. Северные соседи довольно быстро отремонтировали машину и включили Пе-3 (бортовой номер РЕ-211) в состав LeR-48, где он использовался совместно с трофейными Пе-2 как разведчик. Списали Пе-3 только 4 апреля 1946 года после 265 часов налёта.

Тактико-технические данные тяжелого истребителя Пе-3бис образца 1942 (1944) года :
Длина – 12,665 (12,65) м
Размах крыла – 17,3 м
Площадь крыла – 40,8 м.кв.
Вес пустого \ взлётный – 5815 \ 7870 ( ? \ 7920) кг
Скорость – 530 (510-515) км\ч
Дальность – 2000 (1600) км
Потолок – 8800 (9100) метров
Двигатель – два М-105РА (ПФ), водяного охлаждения, мощностью 1050 (1210) л.с. каждый
Экипаж – два человека (пилот и стрелок-радист)
Вооружение – три пулемёта УБК, один пулемёт ШКАС, одна пушка ШВАК, 700 кг бомб (один пулемёт УБТ, одна пушка ШВАК и 500 кг бомб).