Lietadlá Pe-2 boli [[Červená armáda|Červenej armáde]] k dispozícii už pri prepadnutí [[ZSSR|Sovietskeho zväzu]] nacistickým [[Tretia ríša|Nemeckom]], ale vaľkáveľká časť z nich bola zničená. K väčšiemu bojovému nasadeniu došlo v júli [[1941]] v [[bitka o Smolensk (1941)|bitke o Smolensk]]. Pe-2 boli počas vojny základným frontovým bombardérom s pôsobnosťou na celej frontovej línii, niesli veľkú časť bojovej činnosti. Po ukončení bojov v Európe boli použité k útoku na [[Japonsko]] v auguste [[1945]]. V priebehu [[Druhá svetová vojna|druhej svetovej vojny]] slúžilo niekoľko Pe-2 vo fínskom letectve, koncom vojny niekoľko týchto lietadiel dostala [[1. česko-slovenská zmiešaná letecká divízia]]. Po ukončení vojny slúžili Pe-2 v letectve Bulharska, Juhoslávie, Poľska a Československa.
