Первые «Гнейс-2», установленные на Пе-2, были применены в боях под Москвой осенью 1942 года. В начале 1943 года часть самолётов применялась для борьбы с авиационным снабжением окружённых под Сталинградом германских подразделений. С февраля по май 1943 года самолёты с БРЛС применялись в системе ПВО Ленинграда – в 24 гвардейском истребительном авиаполку второго корпуса ПВО. При перехвате истребители выводились на цель с помощью РЛС дальнего обнаружения РУС-2, а с приближением к воздушному противнику уже использовались бортовые «Гнейс-2». Обнаружив самолёт противника, оператор бортовой РЛС давал лётчику указания по сближению с целью.