Вертикальная дуга, на которой монтировали пулемёт, имела механизм весовой компенсации, что облегчало наводку оружия. В походном положении, чтобы не загромождать рабочее место штурмана, ШКАС укладывали на левом борту фюзеляжа. Причём, его ствол выступал наружу сквозь вырез в прозрачном остеклении «черепахи». Для стрельбы штурман опускал «черепаху» и, перемещая пулемёт по дуге, получал возможность вести огонь в большом диапазоне углов. Боекомплект остался прежним – 750 патронов в непрерывной ленте, а прицел дополнили механизмом учёта собственной скорости самолёта, вносившим поправку на действие потока воздуха при стрельбе в стороны.
Установку стрелка-радиста изготовили на базе узлов серийной турели МВ-2 с пулемётом ШКАС. Стрелок управлял ею лежа, распахнув створки нижнего люка и держась за рукоятки наподобие мотоциклетных. Поскольку мелкие отличия в установку всё же внесли, её стали называть ЛУ-Пе-2 (аналогичные системы МВ-2 применяли на СБ, ДБ-3 и Ер-2). Оснащение «пешек» турелями завода №43 началось приблизительно с 15-й серийной машины, весной 1941 г. ими оборудовали и ранее выпущенные бомбардировщики (кроме попавших в лётные школы).
Следующим шагом стало увеличение калибра стрелкового вооружения. Люковую установку серьёзно критиковали за неудобство работы стрелка-радиста, да и обзор у него оставлял желать лучшего. Сквозь боковые блистеры стрелок мог наблюдать только по сторонам, а поле зрения перископического прицела ОП-2Л было очень узким (примерно 15-20°). Из-за этого прильнувший к наглазнику стрелок, перемещая установку, после нескольких манёвров бомбардировщика терял пространственную ориентацию и способность предугадывать, откуда в следующий раз появится противник.
Поскольку без существенного вмешательства в конструкцию самолёта устранить эти недостатки было нельзя, частично сгладить их решили, усилив оборонительное вооружение с самого уязвимого направления. Люковый ШКАС заменили крупнокалиберным 12,7-мм турельным пулемётом БТ с боекомплектом 200 патронов. Такой же пулемёт, но в крыльевом исполнении (БК) с дистанционным пневмоспуском и устройством перезарядки сжатым воздухом смонтировали вместо правого носового ШКАС.
Передний крупнокалиберный пулемёт позволял подавлять наземные цели, чем частично компенсировал отсутствие брони. Пулемёт Березина оказался мощным оружием, по массе секундного залпа и прицельной дальности (на Пе-2 их пристреливали на дистанцию 400 м), не уступавшим основной немецкой авиапушке Oerlikon MG/FF. Пулемётную ленту снаряжали, чередуя патроны с бронебойными Б-32, бронебойно- зажигательными БЗФ или БЗТ-44, трассирующими Т-38, а иногда и зажигательно-разрывными пулями МДЗ. Кстати, бронебойные пули на дистанции 200 м уверенно пробивали 20-мм броню, установленную перпендикулярно.
