Первый Пе-3 производства завода №22 был закончен постройкой в феврале 1944 г. По мнению заказчика (ВВС), он коренным образом отличался от макета, предъявленного в ноябре 1943 г., и абсолютно не соответствовал требованиям времени. Из конъюнктурных соображений наркомат авиапромышленности запретил внедрение в серию верхних оборонительных установок «ФЗ», рассчитывая на то, что для новейшего варианта Пе-2И они не потребуются, стало быть, и Пе-3 без них обойдется. Крыло на «тройке» также осталось обычным, серийным. Завод по неясным причинам не сумел отладить двухпушечную подцентропланную установку и ограничился всего одной пушкой ШВАК. В носовом обтекателе «в наследство» от j серийной «пешки» остался пулемет УБК. Поскольку дистанционная электрифицированная установка ДЭУ по-прежнему не была готова, то в хвостовой части фюзеляжа смонтировали две кассетницы ДАГ-10 с авиационными гранатами АГ-2 - довольно слабое оружие для защиты сзади-снизу. Ввиду явного несоответствия машины техническому заданию, Пе-3 постройки завода №22 на государственные испытания не передавался (всего в первом квартале 1944 г. построили 19 машин, но в полки они поступили только в августе, после нескольких туров «борьбы под ковром» между НКАП и ВВС). Все выпущенные самолеты, кроме двух, передали на вооружение 48-го (бывшего 40-го АПР ГК КА*) и 98-го (бывшего 4-го АПР ГК КА) гвардейских дальних разведывательных полков.
Истребитель (зав. номер №15/298) июле-августе 1944 г. был предъявлен НИИ ВВС для испытаний вооружения (судьба последней, девятнадцатой машины неясна - весьма вероятно, что она так и не была принята ВВС). Оценка, которую да; ведущий инженер по самолету инженер майор Д. Смирнов, оказалась невысокой Слабость вооружения бросалась в глаза› неспециалисту: в то время даже одномоторные советские истребители, помимо пушки ШВАК, несли по два пулемета УБС Ослабленным оказалось и бомбардировочное вооружение: на подфюзеляжных замках МДЗ-40 можно было подвесит всего две бомбы калибром не боле' 250 кг. Отсутствовала передняя броня Представители завода заявили, что Hi серийных истребителях планируется про ведение доработки, связанной с установкой второй пушки рядом с уже имеющейся
Но это ничего не меняло. Летные данные машины в ходе испытаний не определялись, но, по-видимому, они не слишком отличались от характеристик Пе-2 того же периода постройки. У бомбардировщиков трехсотой и последующих серий максимальная скорость на высоте 3500-4000 оценивалась равной 505-515 км/ч, а врем набора высоты 5000 м составляла 9,5-11 мин. Тактико-технические требования к двухмоторному истребителю 1944 г., разработанные заказывающим управлением ВВС, предусматривали совсем другие цифры: максимальную скорость на границе высотности моторов не менее 625 км/ч и время набора высоты 5000 м не более 6 мин.
