Самолет, на котором сразу были установлены двигатели АМ-37, доводился до мая 1941 года, после чего его передали для продолжения испытаний в ЛИИ НКАП. Изменения, внесенные в эту машину, были следующие:
1. Установлены двигатели АМ-37, развивающие взлетную мощность 1400 л.с.
2. Усилено шасси, вместо колес 1000x350, поставлены колеса размером 1250x400 мм.
3. Изменена система аварийного выпуска шасси с механической тросовой на гидравлическую.
4. Все оборонительное вооружение заменено на крупнокалиберные пулеметы Березина.
5. Установлено бронирование кабины воздушных стрелков.
6. Установлен автомат курса АК-1.
7. Бомбардировочный прицел ОПБ-2М заменен синхронным прицелом ПС-1.
20 сентября 1941 года Ер-2 с двигателями АМ-37 был передан для прохождения Государственных испытаний в НИИ ВВС. В ходе испытаний самолет подвергался переделкам системы охлаждения двигателей, была увеличена осевая компенсация рулей элеронов. Испытания закончились с положительной оценкой 9 января 1942 года. Самолет развивал максимальную скорость 407 км/ч у земли, 505 км/ч на высоте 5000 м. Время набора высоты 5000 м составило 17,3 мин., практический потолок 9150 м. Длина разбега со взлетной массой 13000 кг без форсирования двигателей составила 760 м, техническая дальность с 1000 кг бомб внутри фюзеляжа 2500 км.
Еще до получения результатов испытаний было принято решение три самолета из строящейся серии в Воронеже оборудовать двигателями АМ-37. До конца 1941 года два таких Ер-2 были закончены на московском авиазаводе, один из них сразу был направлен в войска.
Одновременно с вышеперечисленными работами велось переоборудование Ер-2 под дизельные двигатели. В соответствии с приказом наркомата авиапромышленности от 11 марта 1941 года, к августу предстояло построить три таких самолета с М-30 и М-40.
Первый Ер-2, оснащенный дизелями М-40Ф, поступил на заводские испытания 1 апреля 1941 года. Государственные испытания этого самолета начались в мае и продолжались до августа. В результате выявилась недоведенность моторов М-40Ф, недостаточной была приемистость на взлете, полеты на высотах свыше 6000 м были невозможны. Дублер самолета с М-40Ф №2 был построен в октябре 1941 года. На нем были учтены все замечания, выявленные в процессе эксплуатации предыдущих машин. Этот Ер-2 был направлен для дальнейшей эксплуатации на аэродром Ундол, где базировался 421-й ДБАП. Предполагалось использовать его в боевых действиях, однако, недостатки силовой установки не позволили этого сделать, и вплоть до начала 1942 года полеты на этом самолете не производились. Строился и третий по плану самолет с дизелями, однако, в связи с резко осложнившейся обстановкой под Москвой, был законсервирован. 9 октября 1941 года авиазавод №240 был эвакуирован в Казань, планировалось разместить его на площадях завода №124, однако, места для размещения коллективу Ермолаева не хватало, поэтому все работы по совершенствованию Ер-2 на какое-то время были прекращены.
