Результаты боевой работы 38-й раэ, которая хоть и не являлась средством ГК, но действовала осенью 1941 г на самом важном направлении — московском, внимательно анализировались разведотделом штаба ВВС. В частности, по предложению её командира подполковника Малышева один из запасных полков — 15-й зап переключили на подготовку экипажей исключительно для разведывательной авиации. Малышев впервые обратил внимание командования на недостатки Пе-2 в варианте разведчика и сформулировал пути их устранения.
Остановимся подробнее на основных отличиях разведчика Пе-2 от бомбардировочного варианта этой машины. В ходе начального периода войны в бомбоотсеке монтировались один или два дневных плановых аэрофотоаппарата АФА-1 (АФА-1М), установленные уступом: оптическая ось переднего АФА была смещена вправо от продольной оси фюзеляжа, а заднего — влево. Вначале объективы фотоаппаратуры из-за своих габаритов немного выступали за створки люков, позднее специально для разведчиков спроектировали новые выпуклые створки с вырезами для объективов. Эти вырезы не застекляли и не закрывали заслонками, поэтому при взлёте с пыльных фронтовых аэродромов стёкла объективов нередко покрывались непрозрачным налётом, что приводило к потере качества снимков. Подкрыльные тормозные решётки на разведчике не устанавливались или демонтировались с уже готовых машин, как и автомат пикирования, зато в состав оборудования нередко вводился автомат курса (одноканальный курсовой автопилот). Ночной фотоаппарат — штатный для любого варианта Пе-2 — НАФА-19. Впрочем, ночью Пе-2 практически никогда не летали. Небольшие изменения имелись в компоновке приборов в кабинах пилота и штурмана.
Все без исключения «пешки»-разведчики оборудовались радиостанцией РСБ-бис и радиополукомпасом РПК-2 (в 1941 г только один из трёх бомбардировщиков Пе-2 имел РПК). Наружные бомбодержатели, как правило, не демонтировали. Для полётов на большую дальность на них подвешивались два сигарообразных топливных бака, выполненных из крафт-целлюлозы. Максимальная скорость типичного разведчика в 1941 г составляла 520–525 км/ч, а в 1942 г из-за ухудшения технологии изготовления в условиях массового производства она уменьшилась до 495–510 км/ч. В качестве слабых сторон Пе-2 всегда отмечался недостаточный радиус действия, отсутствие обзора вниз и в стороны у штурмана, неважные взлётно-посадочные свойства и трудность пилотирования в облаках.
Тяжёлый истребитель Пе-3 в варианте разведчика мало отличался от «двойки», лишь состав его экипажа был уменьшен до двух человек, в носу появился дополнительный крупнокалиберный пулемёт БК, да несколько увеличился радиус действия за счет трёх дополнительных бензобаков общим объёмом 700 л, смонтированных в бомбоотсеке и в хвостовой части фюзеляжа. Эта «добавка» оказалась очень важной для самолёта-разведчика. На протяжении 1941-42 гг экипажи разведывательных полков неизменно отдавали предпочтение Пе-3, несмотря на отсутствие защиты снизу-сзади. Внешне «тройку» можно было идентифицировать по следующим признакам: иному остеклению носовой части фюзеляжа, стволу дополнительного пулемёта в выштамповке правой нижней носовой панели, отсутствию оборонительной люковой установки и боковых блистеров в хвостовой части фюзеляжа. По скорости полёта Пе-3 был практически равноценен собрату-бомбардировщику. Существенным недостатком Пе-3 считалась маломощная «истребительная» радиостанция РСИ с ограниченным радиусом действия, которую пришлось непосредственно в полках заменять на РСБ-бис, монтируя последнюю в и без того тесной кабине штурмана. Некоторые доработанные машины, передававшиеся из истребительных частей, имели в носовой части фюзеляжа пушку ШВАК с боезапасом в 250 патронов. Один-два фотоаппарата АФА-1 монтировались в хвостовой части фюзеляжа, поскольку в бомбоотсеке для них места не осталось.
