В горизонтальном полете самолет Пе-2И на всех высотах до 7000 м имеет преимущество в максимальной скорости над истребителем и последний не может атаковать его, если будет своевременно замечен экипажем самолета Пе-2И».
В заключении «Акта по результатам государственных испытаний…» говорилось, что необходимо «… ускорить выпуск пяти головных самолетов Пе-2И для проведения войсковых испытаний. Считать целесообразным, учитывая возможность улучшения в дальнейшем скоростных данных истребителей противника, отработать на самолете Пе-2И вариант усиления оборонительного стрелкового вооружения…».
Данную рекомендацию реализовали в 1945 году на самолете Пе-2М, переделанном из второго экземпляра Пе-2И. На бомбардировщике пулеметное вооружение тремя пушками Б-20. Установили новый измененный фонарь летчика и штурмана, а в задней части фюзеляжа появилась кабина стрелка-радиста с бронезащитой и улучшенным обзором. Для сохранения требуемых запасов продольной устойчивости увеличили стреловидность передних кромок крыла и площадь его концевых обтекателей. Шасси получили новые амортизаторы с увеличенным ходом, попутно устранили ряд дефектов, выявленных в ходе государственных испытаний Пе-2И.
3 марта 1945 года заместитель главного конструктора Нуров в докладе заместителю наркома авиационной промышленности А.С. Яковлеву сообщал, в частности: «В настоящее время на самолете закончены все производственные работы по модификации, и машина подготовлена к проведению наземных и летных испытаний.
Докладывая об изложенном, прошу Вашего разрешения на проведение заводских испытаний по утвержденной программе на Центральном аэродроме имени Фрунзе…».
Надо сказать, что программу испытаний Пе-2М Мясищев утвердил 14 февраля, назначив ведущими летчика Ф.Ф. Опадчего, инженера А.И. Никонова и техника В.П. Белоусова.
После завершения государственных испытаний первый экземпляр самолета передали в ЛИИ, а второй – на завод № 482.
Пользуясь случаем, отмечу, что в мае 1944 года в ЛИИ прошел испытания единственный из поставленных в Советский Союз самолет «Москито» фирмы «Де Хевилленд» с моторами «Мерлин 21», выпущенный в 1942 году. При близких полетных весах английский «Москито» без оборонительного вооружения при примерно одинаковой дальности развивал скорость почти на 90 км/ч меньше, чем Пе-2И.
10 июля 1944 года В.М. Мясищев сообщал наркому А.И. Шахурину, что «все эксплуатационные дефекты, отмеченные в Акте ГК НИИ ВВС о результатах государственных испытаний самолета «Дневной бомбардировщик» типа Пе-2И с ВК-107А проработаны для устранения при серийном запуске самолета».
В письме также отмечалось, что было изменено передаточное число редуктора между валом двигателя и воздушным винтом, введен режим «форсаж», увеличивший мощность силовой установки на 100 л.с., облегчена конструкция самолета на 300 кг, увеличена на 1,2 м2