Тогда два самолета из головной серии завода № 22 оборудовали вторым управлением с рабочего места штурмана. Необходимость учебного варианта Пе-2 для летчиков строевых частей не вызывала сомнений — машина заметно отличалась по взлетным и посадочным характеристикам от прежнего основного бомбардировщика наших ВВС самолета СБ, имела недостаточную продольную устойчивость и ряд других особенностей. Один из переоборудованных самолетов передали для испытаний в НИИ ВВС, а второй отправили в 95-й сбап.
Тяги, обеспечивающие передачу усилий от рулевой колонки и педалей второго управления, были изготовлены из дюраля и оказались недостаточно прочными. Быстро сработались втулки осей, и управление «разболталось». Уже в марте пришлось признать, что в предъявленном виде эксплуатация двойного управления невозможна. Оба самолета вернули на завод. Переделки свелись к замене дюралевых труб стальными, установке шарикоподшипников на осях, перекомпоновке приборной доски пилота (правой) и некоторому улучшению обзора у штурмана за счет поднятия его кресла. Но эти изменения не устранили главный недостаток — с места инструктора практически невозможно было посадить самолет, поскольку бронеспинка пилота закрывала сидящему сзади инструктору обзор вперед-влево и вперед-вниз. Повторные испытания, которые самолет Пе-2 № 5/2 с двойным управлением проходил в мае-июне 1941 г. в НИИ ВВС, закончились отрицательными выводами.
С началом войны основное внимание заводов переключилось на выпуск боевых машин в максимально возможных количествах. Обучение в запасных авиабригадах и полках проводилось на самолетах УСБ. Как известно, сроки подготовки пилотов, особенно в начальный период войны, резко сократились. Трехступенчатая система подготовки — самолет первоначального обучения У-2, затем УСБ, а уже после этого боевой Пе-2 — была довольно громоздкой и требовала от обучаемых умения быстро перестраиваться на машины, совершенно различные по технике пилотирования. Налет на Пе-2 в запасных авиачастях был сравнительно невелик, в связи с чем уровень подготовки летчиков, приходящих во фронтовые части, оказался невысоким. В определенной мере эту проблему можно было решить, создав полноценный учебный вариант Пе-2, использование которого позволило бы изменить структуру налета у вновь подготавливаемых летчиков.
В июле-августе 1942 г. на заводе № 22 изготовили два новых учебных самолета. Один из них, с заводским № 1/102, передали на испытания в НИИ ВВС. Основным отличием нового учебного планера от серийного боевого стала установка кабины второго пилота на месте бензобака № 1. Старые рабочие места летчика и штурмана остались почти без изменений, однако стрелковая установка ФТ демонтировалась, а поверх фюзеляжа за фонарем основной кабины крепился фанерный гаргрот. Над центропланом размещалась кабина инструктора, прикрытая прозрачным фонарем с подобным же фанерным обтекателем в задней части. Такая компоновка обеспечивала решение двух задач: сохраняла почти неизменными рабочие места членов экипажа боевой машины и улучшала обзор для инструктора.