Нарушая хронологию изложения событий, отмечу, что в январе 1946 года в одном из проектов постановления ГКО предлагалось на время перехода завода № 22 на выпуск бомбардировщиков Б-4 (Ту-4) продолжить выпуск Пе-2И с двигателями ВК-107А. Планировалось выпустить в июне – 25, а в дальнейшем ежемесячно по 50 самолетов.
5 февраля 1945 года вышел приказ НКАП № 42, в соответствии с которым предписывалось разработать и предъявить на государственные испытания 31 марта самолет Пе-2 с двигателями ВК-107А и усиленным вооружением, состоявшим из трех пушек Б-20. Одна из них, неподвижная, предназначалась для стрельбы вперед, две других – для обстрела верхней и нижней задних полусфер. Самолет должен был развивать скорость 625 км/ч на высоте 5900 м и летать на расстояние 2300 км с 1000 кг бомб на внутренней подвеске. Эту машину, получившую впоследствии обозначение Пе-2М, переделали из второго опытного Пе-2И. Кроме более мощного вооружения, в задней части фюзеляжа разместили кабину стрелка-радиста с усиленной бронезащитой и фонарем с улучшенным обзором. Изменили стреловидность передней и задней кромок крыла с одновременным увеличением площади законцовок. Новое шасси с увеличенным ходом амортизации упрощало посадку.
Второй Пе-2И, переделанный в вариант Пе-2М, построили к 1 марта и через шесть дней приказом НКАП № 92 для проведения заводских летных испытаний назначили ведущим летчиком-испытателем Ф.Ф. Опадчего. В состав испытательной бригады входили также ведущий инженер К. Попов, инженер летно-испытательной станции А.И. Никонов, техник В.П. Белоусов и бортмеханик А. Артамошин.
В целом результаты испытаний Пе-2М были удовлетворительные. Правда, много неприятностей опять-таки доставляли двигатели. В частности, в полете 25 апреля на высоте 4500 м загорелся правый двигатель. Летчик-испытатель А. Пальчиков сумел посадить машину на аэродром и вместе с ведущим инженером Н.Лашкевичем ликвидировать пожар. В мае 1945 года проходил заводские испытания Пе-2М с двигателями ВК-108. В этом же месяце машина испытывалась в НИИ ВВС.
Много рекламаций было на стрелковые установки завода № 43, обладавшие низкой надежностью, что и стало главной причиной отказа от Пе-2М.
Пе-2И стал базовой машиной, на основе которой в ОКБ-22 разработали дальний истребитель сопровождения «ДИС» (№ 12), дневной бомбардировщик «ДБ» и высотный бомбардировщик «ВБ».
Двухместный «ДИС» представлял собой переделку первого экземпляра Пе-2И. Проектирование «ДИСа» закончили 22 апреля 1944 года на заводе № 22. Там же самолет построили, но отработку и монтаж вооружения заканчивали в Москве на заводе № 482, куда Пе-2М передали 20 июля. Отличительной особенностью истребителя сопровождения была возможность установки на него двигателей ВК-108 и мощного артиллерийского вооружения, состоявшего из двух 20-миллиметровых пушек и двух – калибра 45 мм. Для защиты задней полусферы предусматривалась установка одной пушки калибра 20 мм, но в этом случае исключалась подвеска дополнительных бензобаков и дальность полета снижалась с 4100 км до 3600 км.