К самолету Ту-2 вернулись год спустя, после битвы на Курской Дуге. К тому времени Ту-2 был заметно усовершенствован. Его конструкция была упрощена с технологической точки зрения. Самолет стал легче в эксплуатации, а также отличался лучшими характеристиками. Поврежденный в ходе государственных испытаний самолет отремонтировали. Его испытания продолжались в Москве, куда вернулось туполевское КБ (в ноябре 1943 года). Очередная серия испытаний проходила в период с 19 марта по 28 апреля 1943 года.
   Доработанная машина показала следующий рост скоростей:
   На 6 км/ч у земли при штатном режиме работы двигателя;
   На 12 км/ч на второй передаче наддува;
   Скорость 545 км/ч развивалась на форсаже при второй передачи турбонаддува.
   Различные работы по улучшению Ту-2
   Во время подготовки к серийному выпуску на заводе № 7 в 1942 году, вместо пулемета ШКАС в нижней задней огневой точке решили установить 12,7-мм пулемет Березина. Весной того же года пулемет УБ поставили у места стрелка-радиста, а осенью - навигатора. Когда в октябре 1942 года выпуск Ту-2 прервали, самолет уже нес только крупнокалиберные пулеметы. Неподвижные пулеметы ШКАС калибра 7,62 мм, установленные в носовой части и стреляющие вперед, сняли по пожеланию военных.
   В начале 1942 года вооружение Ту-2 состояло из двух пушек ШВАК, установленных в центроплане, и трех крупнокалиберных пулеметов, защищавших заднюю полусферу.
   В мае 1943 года Туполев предложил установить на «103В» новые двигатели М-82ФНВ (форсированные с непосредственным впрыском). В июле 1943 года прототип с новыми моторами показал, что скорость у земли увеличилась на 32 км/ч, на высоте 1450 м - на 18 км/ч и на высоте 5000 м - на 23 км/ч. По результатам испытаний ГКО приказом № 3754 от 17 июля 1943 года направил Ту-2 с двигателями М-82ФНВ в серию.
   В июле и августе 1943 года КБ Туполева провело модификацию самолета № 716, который стал прототипом для машин Ту-2С (С - стандарт). Выпуск самолетов наладили на заводе № 23, который до этого времени выпускал бомбардировщики Ил-4).
   Прототип (или как его называли «эталон») облетали 26 августа 1943 года, а через неделю направили на заводские и государственные испытания. Испытания продолжались с 4 сентября по 16 декабря 1943 года. Характеристики эталонной машины были следующие:
   (Смотри таблицу). Винты: трехлопастные АВ-С-167 диаметром 3,8 м. Скороподъемность: 5000 м за 9,5 мин. Разбег: 416 м. Пробег: 675 м. Вооружение: 2 ШВАК калибра 20 мм, 3 УБС калибра 12,7 мм.
   В октябре-декабре 1943 года проводились испытания самолета «103В» с разными редукторами оборотов двигателя и разными двигателями. Эксперименты показали, что наиболее эффективен редуктор с передаточным числом 9:16 в сочетании с винтом АВ5-167А диаметром 3,8 м.
   По образцу Ту-2С№ 716 выпускались самолеты вплоть до 1946 года. В ходе серийного выпуска в конструкцию самолета внесли лишь небольшие изменения.
   Следующим шагом к улучшению машины было установить на нее двигатели АШ-83ФН мощностью 1900 л.с. Новые моторы поставили все на тот же 716-й самолет и облетали его 18 марта 1945 года. Главным пилотом-исследователем был А.Д. Перелет, а главным инженером - М.М. Егоров. (Оба погибли 11 мая 1953 года при испытаниях Ту-95) На испытаниях самолет показал следующие характеристики:
   Взлетная масса: 10500 кг. Максимальная скорость: 605 км/ч на высоте 6780 м. Потолок: 10600 м. Скороподъемность: 5000 м за 7,2 мин. Дальность полета: 2365 км (расчетная).
   В августе 1945 года Ту-2 «716» с двумя двигателями АШ-83ФН отдали на завод с целью учесть в его конструкции высказанные в ходе испытаний замечания. Новый цикл испытаний начался 19 августа 1946 года. Официально государственные испытания длились с 22 августа по 21 ноября 1946 года. Хотя результаты были многообещающие, в серию машина не пошла. Во-первых, моторы АШ-83 серийно не выпускались, а, во-вторых, поршневые машины уже были не актуальны.
   В конце 1945 года в порядке эксперимента на Ту-2 с номером 23/35 попытались установить двигатели М-93. Однако этих двигателей КБ Туполева не получило и в апреле 1947 года работы над Ту-2 2М-93 прекратили.
   В феврале 1948 года на заводе № 116 на базе серийных Ту-2 (7/57 и 7/57) установили систему антиобледенения. Испытания обоих самолетов продолжались с 19 февраля по 23 марта 1948 года. Результаты были настолько многообещающими, что подобную систему решили установить на все серийные самолеты.
   Удачная конструкция Ту-2 позволила создать на его базе множество вариантов. Среди них следует упомянуть:
   Дальний бомбардировщик - консоли крыльев нарастили съемными законцовками, самолет оснастили автоматом курса АК-1;
   Пикирующий бомбардировщик - самолет оснастили аэродинамическими тормозами;
   Разведывательный самолет - в бомбоотсеке установили фотоаппаратуру и дополнительный топливный бак;
   Учебный самолет - на месте штурмана установили второй комплект органов управления.
   За период 1942 - 1945 гг. всего построили 1216 Ту-2. Производство этих самолетов продолжалось еще несколько лет и после войны, пока их не сменили реактивные бомбардировщики.
   Несмотря на сравнительно скромный вклад в дело разгрома врага. Ту-2, тем не менее, остался в истории как один из выдающихся самолетов своего времени. Среди других аналогичных самолетов, как союзников, так и противника Ту-2 не выделялся какими-то рекордными показателями. Его превосходство заключалось в исключительно удачном сочетании основных составляющих боевой эффективности, таких как скорость, дальность полета, обороноспособность, бомбовая нагрузка и возможность бомбометания с пикирования, в том числе и бомбами одного из самых крупных тогда калибров. Это и определило очень высокую его боеспособность.