Как отмечалось выше, весной 1940 года ВВС выдвинули к самолету "103" ряд новых требований, которые потребовали существенной переработки самолета, определившей лицо второго опытного экземпляра самолета "103" -"103У" 2АМ-37, который должен был стать эталоном для серийного производства.
ВВС потребовали добавить в экипаж штурмана, разместив его вместе с летчиком. Обычно штурман размещался в носовой застекленной части фюзеляжа, но это шло в разрез с компоновочными подходами разработчиков самолета к самолету-пикировщику, согласно которым летчик должен был иметь обзор вперед-вниз. Компромиссом было размещение штурмана уступом, сзади справа от летчика. Это требовало расширения фюзеляжа минимум на 300 мм, что, в свою очередь, приводило к расширению центроплана и к к значительным переделкам исходной конструкции. Выход был найден А.Н.Туполевым. Он предложил расширить только переднюю часть фюзеляжа, выполнив ее в виде
"головастика", сведя расширение ее на нет к 1-му лонжерону центроплана, таким образом оставив конструкцию центроплана без изменений. Предложенная аэродинамическая схема стала одним из первых практических применений сформулированного позже "правила площадей" и позволила получить на самолете "103У" коэффициенты лобового сопротивления фюзеляжа мало отличающиеся от полученных для исходного самолета "103", выполнявшегося без утолщения в передней части.
23 августа 1940 года был осмотрен и одобрен комиссией ВВС макет самолета "103У" 2АМ-37, 4 ноября закончилась передача рабочих чертежей в опытное производство. 9 апреля 1941 года постройка самолета была закончена. 15 мая 1941 года летчик-испытатель М.А. Нюхтиков совершил на "103У" первый полет. В июне-июле самолет вместе с первой машиной "103" проходит государственные испытания. В ходе них были зафиксированы следующие данные самолета:
- длина самолета - 13,8 м;
- размах крыла - 18,8 м;
- высота самолета -4,5 м;
- площадь крыла - 48,5 м2;
- нормальная взлетная масса -10448 кг;
- перегрузочная взлетная масса -11498 кг;
- масса пустого самолета - 7823 кг;
- бомбовая нагрузка нормальная - 1000 кг; максимальная - 2000 кг;
- максимальная скорость на высоте 7800 м - 610 км/ч;
- максимальная скорость у земли -469 км/ч;
- время набора высоты 5000 м -9,5 мин;
- практический потолок - 10500 м;
- техническая дальность при полете на скорости 540 км/ч, высоте 7000 м с запасом топлива 1550 кг с 1000 кг бомб - 1898 км - расчетная,
фактическая - 1800 км;
