Również ewakuacja zakładów przemysłowych z europejskiej części Związku Radzieckiego spowodowała kolejne opóźnienia w postępie prac nad rozwojem konstrukcji.
W tej sytuacji biuro konstrukcyjne dopiero po przeniesieniu do Omska dostosowało płatowiec do zamontowania silników gwiazdowych M-82. Nowa konstrukcja została oblatana 15 grudnia 1941 r. przez pilota M. P. Wasjakina i nawigatora N. M. Panczenko i stała się wzorcem do podjęcia produkcji seryjnej. W lutym 1942 r. wyprodukowano pierwsze egzemplarze seryjne, które przekazano do prób wojskowych. Badania zakończono w styczniu 1943 r. i wydano pozytywną opinię o samolocie. Produkcja seryjna na dużą skalę jednak nie ruszyła, gdyż zakłady przewidziane do produkcji Tu-2 dostały za zadanie wdrożenie produkcji samolotów myśliwskich Jak-9. Z uwagi na sytuację na froncie było to zadanie priorytetowe. Zakład nr 166 w Omsku zachował linię produkcyjną Tu-2 celem podjęcia ich produkcji w późniejszym okresie. Do tego momentu udało się wyprodukować 80 egzemplarzy Tu-2, z których 63 przekazano siłom powietrznym ZSRR.