Морская авиация широко применяла Пе-2 против кораблей противника. Правда, здесь мешали небольшая дальность и сравнительно слабое приборное оснащение самолета, но в условиях Балтийского и Черного морей эти самолеты действовали довольно успешно -с участием пикировщиков были потоплены немецкий крейсер «Ниобе» и ряд крупных транспортов.
В 1944 г. средняя точность бомбометания по сравнению с 1943 г. повысилась на 11%. Немалый вклад здесь внесли уже хорошо освоенные Пе-2.
Не обошлись без этих бомбардировщиков и на завершающем этапе войны. Они действовали во всей Восточной Европе, сопровождая наступление советских войск. Большую роль сыграли Пе-2 в штурме Кенигсберга и военно-морской базы Пиллау. В общей сложности 743 пикировщика Пе-2 и Ту-2 участвовали в Берлинской операции. Например, 30 апреля 1945 г. одной из целей Пе-2 было здание гестапо в Берлине. По-видимому, последний боевой вылет Пе-2 в Европе состоялся 7 мая 1945 г. Советские летчики разрушили взлетную полосу на аэродроме Сирава, откуда немецкие самолеты собирались перелететь в Швецию.
Пе-2 участвовали и в короткой кампании на Дальнем Востоке. В частности, пикировщики 34-го бомбардировочного полка во время ударов по портам Расин и Сейсин в Корее потопили три транспорта и два танкера и повредили еще пять транспортов.
Выпуск Пе-2 прекратился зимой 1945 -1946 гг. Всего было построено 11 247 Пе-2 всех модификаций — больше, чем любых других советских бомбардировщиков. Для сравнения ДБ-3 и Ил-4 всех модификаций было выпущено 6784, Ту-2 -2527, причем большая часть Ту-2 -в послевоенный период. После окончания войны Пе-2 быстро сняли с вооружения советской авиации и заменили более совершенными Ту-2.
Пе-2 состояли на вооружении не только советской авиации. Весной 1944 г. в районе Харькова началось формирование 1-го польского смешанного авиационного корпуса. В него входили и три полка, вооруженных Пе-2. Правда, в польской армии, действовавшей на территории СССР, своих авиационных специалистов не хватало, и значительная часть летного и почти весь технический персонал были взяты из советских полков, на базе которых они формировались.