Производството на Ту-2 в малки серии започва през февруари 1942 г. в завод № 166 в Омск, още докато самолетът официално е в процес на изпитания. В началото на октомври същата година серийното производство е спряно (произведени са 80 самолета), а завод 166 преминава към производството на изтребители Як-9 – след разгрома при Харков и мощното немско настъпление към Кавказ, изтребителите са по-нужни в качеството им на отбранително въоръжение. Важна роля оказва и фактът, че въпреки много положителните отзиви от фронта, бомбардировачът все още не задоволява напълно изискванията – заради двигателите М-82 скоростта и таванът му са по-ниски от очакваното.