Самолеты 511-го ББАП и 54-го СБАП, в отличие от машин 9-го ББАП и 95-го ИАП, по-видимому, не дорабатывались и не перевооружались пушками. Об этом можно судить по типам израсходованных боеприпасов.
Помимо указанных выше частей, Пе-3 осенью и зимой 1941-1942 гг. поступили на вооружение 1, 2, 3 и 4-го дальних разведывательных и 603-го бомбардировочного полков, а также в некоторые отдельные разведывательные авиаэскадрильи (ОРАЭ). С весны 1942 г. в ВВС КА «тройки» стали использоваться только в качестве разведчиков. Самолеты, построенные иркутским заводом в 1942 г., передавались большей частью во 2,4 и 40-й АПР ГК. Исключением является 9-й ББАП в связи с его особым статусом. В июне-июле полк получил 20 новеньких Пе-Збис и оказался, вероятно, единственным в ВВС КА, полностью укомплектованным этим типом машин. На вооружении разведывательных полков, помимо Пе-3, состояли, как правило, Пе-2 в варианте «разведчик», а также импортные А-20 и В-25. В 4-м АПР ГК все Пе-2 и Пе-3 оснащались четырьмя РО-82, установленными попарно под консолями для пуска снарядов назад.
С прекращением производства Пе-Збис в Иркутске численность «троек» стала, естественно, сокращаться, и к середине 1944 г. в гвардейских отдельных разведполках Верховного главного командования (ВГК) - 47-м (бывшем 2-м АПР ГК), 48-м (бывшем 40-м АПР) и 98-м (бывшем 4-м АПР) их насчитывалось десятка полтора-два. Последние 17 серийных Пе-3 производства завода №22 поделили между собой 48-й и 98-й гвардейские ОРАП.
Несколько больший радиус действия Пе-3 по сравнению с Пе-2 варианта «разведчик» позволял глубже заглянуть на территорию противника. Впрочем, и не только противника. Так, по свидетельству генерал-майора Лезжова, в те далекие годы пилота 98-го полка, в один из июньских дней 1944 г. ему пришлось слетать на Пе-3… в Италию, где он «проконтролировал» действия англо-американских войск. Кстати, союзники, не ожидавшие увидеть самолет с красными звездами в столь удаленном от советско-германского фронта районе, едва не сбили его.
Разведчики Пе-3 и Пе-Збис оставались на вооружении и после завершения войны. Заметим, что окончание «бис» со временем (примерно с 1943 г.) практически перестали использовать в обиходе (оно осталось только в технических документах и аварийных актах).
Прибыв на Северный флот, 95-й ИАП в течение месяца прошел подготовку к полетам над безориентирной местностью и, начиная с середины апреля 1942 г., включился в боевые действия. Флот не располагал необходимым количеством бомбардировщиков, поэтому дальние истребители прежде всего были задействованы для нанесения БШУ по кораблям и аэродромам противника.
15 апреля 1942 г. четверка Пе-3, возглавляемая капитаном В. Куликовым, атаковала военно-морскую базу Линаха-мари. Результатом удара стало потопление транспорта водоизмещением 4000 т, повреждение нескольких судов, причалов и портовых сооружений. Четверка потерь не имела. 20 апреля в районе порта Киркенес открыл свой боевой счет на севере экипаж лейтенанта В. Стрельцова. Вылетевший на «свободную охоту» одиночный Пе-3 удачно атаковал танкер водоизмещением около 5000 т, подкравшись к нему со стороны моря. После сброса бомб самолет Стрельцова оказался мишенью для зенитной артиллерии стоявших в порту кораблей и судов. Летчик уклонился от огня, сделав переворот, а затем спикировал на горящий танкер и добил его реактивными снарядами. Разведка флота подтвердила потопление судна.
Менее чем через месяц самолеты 95-го ИАП вновь напомнили Kriegsmarine о своем существовании. 16 мая четверка Пе-3 капитана Н. Кирикова была поднята по боевой тревоге и направилась к острову Варде, где разведка обнаружила одиночный боевой корабль противника. На подходе к острову экипажи заметили немецкий миноносец типа «Т», который, обнаружив самолеты, немедленно открыл огонь и начал маневрировать. Однако 16 бомб ФАБ-100, сброшенных залпом с горизонтального полета, решили судьбу миноносца. Во второй атаке пара Пе-3 разрядила свои реактивные орудия, после чего на глазах у летчиков неприятельский корабль скрылся в волнах. В этом бою вновь участвовал лейтенант В. Стрельцов. Этот незаурядный летчик за три года войны совершил 146 боевых вылетов, потопил 3 и повредил 2 корабля, уничтожил 12 самолетов, 9 танков, 2 железнодорожных эшелона и 45 автомобилей противника. Он стал единственным летчиком 95-го ИАП, получившим в годы войны звание Героя Советского Союза.
Весной и летом 1942 г. усилились удары немецкой авиации по конвоям союзников, следовавшим из Англии в порты Мурманска, Архангельска и Молотовска. Для более эффективного противодействия противнику Советское командование создало Особую морскую авиационную группу (ОМАГ). В ее состав вошел и 95-й ИАП, экипажам которого, кроме прикрытия кораблей, поручалось нанесение ударов по немецким аэродромам в дневных условиях. 23 апреля первая эскадрилья | полка атаковала авиабазу Луостари, уничтожив 16 самолетов на земле и сбив в воздухе еще один Bf 109. Эскадрилья вернулась с боевого задания без потерь.
По-другому сложилась обстановка при нанесении БШУ по аэродрому Хебугтен. Эта крупная авиабаза периодически -принимала до сотни немецких самолетов и представляла собой заманчивую, но I опасную цель. Семерка Пе-3, атаковавшая аэродром, была встречена большой группой (более двух десятков) немецких истребителей, которые, однако, не смогли сорвать бомбометание. Стремясь выиграть время, ведущий группы капитан Б. Шишкин сманеврировал и встретил истребители противника залповым пуском реактивных снарядов. Неожиданность применения РС-132 и РС-82 сыграла свою роль и на время отсрочила атаку истребителей,
позволив советским летчикам прицельно отбомбиться по стоянкам самолетов и ангарам. Однако при отходе «Петляковых» немецкие истребители буквально растерзали группу. На свой аэродром вернулся только один Пе-3, еще один приземлился на аэродром соседей. Летчик третьего «Петлякова», спасшийся на парашюте, оказался последним из уцелевших. Потери немцев по оценкам пилотов, участвовавших в нанесении удара, составили 26 уничтоженных и поврежденных самолетов.
В конце апреля 1942 г. экипажи 95-го ИАП смогли снова почувствовать себя истребителями. Тройка Пе-3, возглавляемая командиром полка майором Жатьковым, встретила конвой
PQ-15 на большом удалении от аэродромов Заполярья. Этим она, по-видимому, сильно удивила пилотов немецких торпедоносцев и бомбардировщиков, привыкших к отсутствию противодействия в воздухе. Как бы то ни было, но атаковать конвой, следовавший под истребительным прикрытием, немецкая авиация не стала.
В начале июля 1942 г. к операционной зоне советского Северного флота приближался печально известный караван PQ-17, оставшийся в результате решения британского адмиралтейства без прикрытия. Только с 4 по 10 июля конвой 130 раз атаковали Ju 88,43 - Не 111 и 26 торпедоносцев Не 115. Самолеты 95-го ИАП приступили к прикрытию уцелевших судов, действуя на предельном радиусе. На самом берегу Кольского полуострова удалось найти полевую площадку, ВПП которой сделали из лиственничных плашек. Это позволило еще немного выдвинуть на северо-запад зону авиационного прикрытия. Четверки Пе-3 попеременно вылетали на барражирование, делая 2-3 полета в сутки - каждый продолжительностью по 4-5 часов.
13 июля ведущий четверки капитан К. Володин заметил группу вражеских самолетов, направлявшихся к прикрываемым кораблям. Разделившись, пары Володина и лейтенанта А. Сучкова атаковали немецкие бомбардировщики. Реактивными снарядами и пушечно-пулеметным огнем они сбили семь «Юнкерсов». Ответной очередью был тяжело ранен Сучков, и управление машиной взял на себя штурман. Через полтора часа полета над морем он привел поврежденный самолет на аэродром и смог его удачно посадить.
19 сентября 1942 г. четверка Пе-3, возглавляемая командиром полка, отразила налет 24 бомбардировщиков Ju 88, попытавшихся атаковать суда конвоя PQ-18 на рейде Молотовска. Два немецких самолета были сбиты, несколько повреждено.