Первое массированное применение Ту-2 имело место летом 1944 года. К этому времени бомбардировщики данного типа находились на вооружении трех полков из 334-й БАД: 12-й БАП, 132-й БАП и 454-й БАП.
12-й БАП получил первые Ту-2 в конце 1943 года, а освоение машин проводил на аэродроме Кубинка под Москвой. В конце апреля 1944 года полк был полностью укомплектован и включен в состав 334-й БАД.
В апреле 1944 года 132-й БАП, действовавший на Юго-Западном фронте, отвели в тыл на переформирование и перевооружение. В июне 1944 года полк также вошел в состав 334-й БАД.
В начале июня 1944 года в 334-й БАД было три полка, насчитывавших 87 Ту-2. Дивизию перебросили на Ленинградский фронт. Сталин первоначально противился этому плану. Он не хотел, чтобы противник узнал до начала Белорусской о том, что Красная Армия располагает целой дивизией новых бомбардировщиков. Однако командованию ВВС удалось переубедить Верховного, и он дал добро на использовании 334-й БАД на Карельском полуострове. При этом Сталин приказал командующему ВВС А. А. Новикову, чтобы тот «стерег дивизию как зеницу ока», и постоянно интересовался успехами 334-й БАД.
Накануне начала выборгской операции, 8 июня 1944 года, советская авиация совершила три массированных налета на позиции противника. А.А. Новиков докладывал: «334-я БАД потерь не понесла, полеты совершала в течение дня, поставленные задачи выполнила отлично». Например, 12-й БАП совершил до 700 самолето-вылетов в район линии Маннергейма. 17 июля 1944 года 59 бомбардировщиков Ту-2 совершили налет на железнодорожный узел в Выборге. Летчики 132-й БАП кроме бомбардировок вылетали и на разведку в район Лодейного Поля. Немецкая авиация проявляла небольшую активность, поэтому потерь в воздушных боях бомбардировщики не несли. Командующий Ленинградским фронтом даже приказал бомбардировщикам действовать днем без истребительного прикрытия. Истребители просто блокировали район деятельности бомбардировщиков. Финская авиация вообще заметной боевой силы не представляла. Соколы Сталина успешно нейтрализовали и без того малочисленные финские истребители. Пилоты «ильмавоймат» ни разу не приблизились к Ту-2 на расстояние выстрела. Те, небольшие потери, что несли полки, были вызваны исключительно огнем зенитной артиллерии. Среди немногих потерь оказался экипаж командира 2-й эскадрильи 12-го БАП А.А. Шумейко, сбитого в районе линии Маннергейма.
За успешные действия 334-я БАД получила почетное звание «Ленинградская», а многие летчики были представлены к правительственным наградам.
