В конце мая 1942 на Западном фронте сформировали 204-ю БАД, первоначально включавшую три полка Пе-2, а вскоре усиленную ещё двумя полками. На Брянском фронте действовала 223-я БАД (4 полка Пе-2), понесшая в напряженных боях тяжелые потери (в среднем за 14 боевых вылетов теряли 1 самолёт). В оборонительных боях на подступах к Сталинграду с лета 1942 года действовала 270-я БАД, из пяти полков которой два (94-й и 99-й) летали на Пе-2. Несмотря на то, что Пе-2 к тому времени был уже достаточно освоенной машиной, а экипажи многих полков накопили солидный опыт его боевого применения, настоящим пикировщиком он пока не стал — бомбометание с пикирования применялось крайне редко. Одним из лидеров в применении такой тактики стал 150-й БАП И. С. Полбина, в дальнейшем командира 6-го авиационного корпуса. Однако, прибыв под Сталинград 13 июля 1942 года, уже 31 июля полк был отведен на переформирование — одиночные Пе-2 оказались очень уязвимыми на пикировании. Подобной была судьба многих других полков Пе-2, сражавшихся под Сталинградом: прибытие на фронт, 2-3 недели боевой работы, и отвод в тыл на переформирование, ввиду потери боеспособности.