Muchos de los ataques de Pe-8 sobre Berlín, fueron testimoniales, con solo un puñado de aparatos. Fueron utilizados también en el papel de bombardero táctico en el este de Europa en apoyo a las fuerzas de tierra en Batalla de Stalingrado y Kursk. El Pe-8 equipó en inicio un único regimiento de bombarderos, el 432 BAP (ON) (432 Regimiento de bombardeo especial) y una unidad de reserva, la 433; que fueron organizados posteriormente en los regimientos de bombardeo 746 y 890.