совершил 21 мая 1944 года. Самолет был оснащен двигателями жидкостного охлаждения АМ-39 и показал на заводских испытаниях скорость 645 км/ч. Однако на проходивших с 31 мая совместных испытаниях ГК НИИ ВВС КА к машине был предъявлен ряд претензий. При этом, помимо недостатков чисто технического характера, представители ВВС остались недовольны отсутствием оборонительного вооружения.
К ноябрю 1944-го был готов и второй опытный самолет, созданный уже на базе серийного Ту-2, оснащенный более мощными моторами АМ-39Ф и имевший, кроме курсовых пушек, два оборонительных пулемета калибра 12,7 мм. Однако и «63-2» не был рекомендован к серийному выпуску. Больший интерес авиаторы проявили к проекту «68» – фактически тому же Ту-2С, сохранившему экипаж из четырех человек и состав оборонительного вооружения, но с силовой установкой в виде 1850-сильных моторов АМ-39ФН2. В ходе длительных доработок на этом самолете удалось в итоге добиться скорости 531 км/ч у земли и 634 км/ч на высоте, но это произошло уже в 1946 году, и хотя машина под индексом Ту-10 была выпущена небольшой серией – было очевидно, что время поршневых боевых самолетов уже ушло.
Из всех предполагавшихся вариантов перепрофилирования фронтового бомбардировщика фактически единственным, который был реализован в годы войны, стал вариант воздушного разведчика. Работу по созданию самолета, получившего позже обозначение Ту-2Р, начали еще весной 1942 года, но продвигалась она медленно – с учетом сложностей по организации производства собственно бомбардировщика, и только в октябре было окончательно уточнено техническое задание по комплектации специальным оборудованием: два фотоаппарата АФА-3с или АФА-33 при установке в бомбоотсеках дополнительных топливных баков в варианте дневного разведчика или аппарат НАФА-19 и девять бомб ФОТАБ-35 для работы ночью (в этом случае дополнительного бака не было).
Сложности, которыми сопровождался выпуск Ту-2, привели к тому, что преимущественно в разведывательные самолеты непосредственно в частях переоборудовались серийные бомбардировщики. Первый оборудованный в заводских условиях самолет покинул цех в декабре 1942 года, всего же было построено пять «заводских» разведчиков, выпущенных в различной комплектации и проходивших войсковые испытания в период с конца 1942 по середину 1944 года, по итогу чего самолет был рекомендован к серийному выпуску, но с условием выполнения ряда выдвинутых в конце 1944 года новых требований, реализованных уже после войны в самолете, получившем индекс Ту-6.
Осенью 1944 года ОКБ Туполева получило и технические требования к торпедоносцу на базе Ту-2, который должен был прийти на смену применявшимся в авиации флота Ил-4Т и ленд-лизовскому А-20 «Бостон». Самолет должен был нести две 980-кг торпеды, вместо которых могли подвешиваться бомбы или авиационные донные мины. В состав дополнительного оборудования входили также радиолокационная аппаратура, спасательная лодка и пакет с аварийной одеждой и питанием. Испытания переоборудованного в торпедоносец бомбардировщика были проведены в период с середины февраля по середину апреля