В конце декабря 1941 г. Пе-3 9-го ББАП были доработаны путем установки пушки ШВАК в носовой части фюзеляжа и крупнокалиберного пулемета БТ на турели у штурмана. Почти всю работу выполнил самостоятельно личный состав ИАС полка. К вечеру 31 декабря переделка была завершена, и в новый 1942 г. полк вступил, располагая машинами с существенно большими боевыми возможностями. Так, 5 июля 1942 г. при лидировании эскадрильи ЛаГГ-3 Пе-3 капитана К. Данилкина неподалеку от Воронежа был атакован четырнадцатью Bf 109. Это произошло в районе аэродрома посадки, когда у ЛаГГ-3 практически не осталось топлива для ведения воздушного боя, да и пилотировали их неопытные новички. Немецкие летчики все внимание сосредоточили на самолете-лидере, по-видимому, решив, что на борту его находится какая-то важная персона. Штурман К. Мантуров из турельного БТ сбил одного за другим два Bf 109. Еще один упал, прошитый очередями носовой установки. Четвертый «Мессершмитт» Данилкин сбил уже на горящем самолете. Пулемет штурмана молчал, и немецкие истребители добили израненную машину - Пе-3 взорвался в воздухе. Он оказался единственным самолетом, потерянным 9-м ББАП в воздушном бою за 8 месяцев. Еще два «Петлякова» сбила зенитная артиллерия, один не вернулся с боевого задания, и еще один вражеская авиация уничтожила на аэродроме Грабцево. В авариях и катастрофах полк потерял еще четыре Пе-3.
511-й ББАП был сформирован в середине сентября 1941 г. на основе разделившегося пополам 40-го СБАП. Командиром новой части назначили капитана А. Бабанова. Полк получил два десятка новеньких Пе-3, и 10 октября начал боевую деятельность в составе ВВС Западного фронта. В ходе битвы под Москвой полк базировался на аэродроме в Ногинске и привлекался, в основном, для нанесения БШУ. За три месяца его экипажи совершили более 320 боевых вылетов, уничтожив свыше 30 танков, 8 самолетов на аэродромах, 4 железнодорожных эшелона и до 30 орудий. Немцы недосчитались более 200 автомашин с имуществом, боеприпасами и личным составом. Полк нес и весьма значительные потери. 16 и 18 марта экипажи лейтенантов Г. Потапочкина и Л. Древятникова были сбиты после выполнения боевого задания в районе своего аэродрома немецким «охотником» -истребителем Bf 110C. К маю 1942 г. в полку осталось всего 7 самолетов, из них только 4 исправных. Впоследствии 511-й ББАП был перевооружен на самолеты Пе-2 «разведчик» и преобразован в отдельный разведывательный авиаполк (ОРАП).
