L’anno successivo il teatro principale dei combattimenti fu Stalingrado ed i Pe-2 giocarono un ruolo importante nel supportare la 62ª Armata nell’esecuzione dell’Ordine numero 227 emesso da Stalin il 28 luglio. Nel complesso di operazioni si distinse il 150º Reggimento da Bombardamento Veloce dell’Aviazione, guidato dal colonnello Ivan Semënovič Polbin che si vide assegnare la prima delle due medaglie “Stella d’oro” ricevute nel corso della guerra e fu insignito del titolo di Eroe dell'Unione Sovietica. Nel corso delle operazioni nei cieli di Stalingrado Polbin ed i suoi perfezionarono le tecniche d’attacco dando origine alla manovra divenuta nota come “Vertuška”, una sorta di girotondo che vedeva impegnati in un attacco a tuffo portato singolarmente, tutti i componenti della formazione, in rapida successione.