В ходе контрольных испытаний Ту-2 № 18/11 и 24/32, а также при эксплуатации в строевых частях выявились разрушения выхлопных коллекторов двигателей, недостаточная прочность коков воздушных винтов и разрушение всасывающих патрубков.
В соответствии с постановлением Совета министров СССР №632–260 от 22 марта 1946 года предписывалось «перевооружить в 1946 году на самолеты Ту-2 девять авиадивизий ближней бомбардировочной авиации Военно-воздушных сил, закончив перевооружение остальных 9 авиадивизий Военно-воздушных сил на самолеты Ту-2 к 1 июля 1947 года.
Перевооружить в 1946 году на самолеты Ту-2 в разведывательном варианте вместо имеющихся самолетов Пе-2 четыре разведывательных авиаполка, выделив их в непосредственное подчинение Верховного Главнокомандования».
Несмотря на постоянное улучшение летных данных и расширение производства, Ту-2 отличался низкими эксплуатационными характеристиками. В августе 1946 года Главный маршал авиации А.Е. Голованов докладывал заместителю министра обороны Н.А. Булганину:
«6-й бомбардировочный авиакорпус, дислоцирующийся на Южном Сахалине, принят в состав 3-й ВА ДА в небоеспособном состоянии. Основными причинами <…> является исключительно низкий процент исправности самолетов Ту-2. По состоянию на 1 августа в корпусе недостает до штатного количества 194 самолета Ту-2.
Из 147 самолетов, имеющихся в наличии, в исправном состоянии находятся только четыре и остальные – в неисправном, вследствие большого количества конструктивно-производственных дефектов. К наиболее массовым и серьезным дефектам материальной части относятся: неисправность гидросистемы <…>, разрушение покрышек колес, гидрошлангов, люфты в шарнирах шасси и рулей, трещины кронштейнов капотов, выход из строя редукторов моторов АШ-82ФН…».
17 января 1950 года заместитель главкома ВВС Корнеев сообщал Дементьеву и Туполеву:
«По курсу боевой подготовки (…) на 1950 г. предусмотрены полеты на бомбометание с пикирования. Выполнение этой задачи возможно только на самолетах Ту-2 с флюгерными винтами и механическими противообледенителями при условии доработки на них автоматов пикирования по результатам контрольных испытаний (весна 1949 г.).
Однако в большинстве частей ВВС, на вооружении которых находятся Ту-2 выпуска 1945–1947 годов с нефлюгерными винтами АВ-5В-167, на которых автоматы пикирования отключены, они не могут быть доработаны…
В целях выполнения задач по учебно-боевой подготовке частей ВВС прошу ваших мероприятий по обеспечению бомбометания с пикирования на самолетах Ту-2 выпуска 1945–1947 годов…»
В 1950 году в составе авиационной группировки в Китае находился 829-й смешанный авиаполк на Ту-2 и Ил-10.
В 1950-е годы Ту-2, снимаемые с вооружения, приспосабливали под различные летающие лаборатории, использовали для нужд некоторых отраслей промышленности. С конца 1950 года в государственном реестре воздушных судов зарегистрировали 14 самолетов, начиная с опознавательного знака СССР – Х764 (заводской № 28/49). Как и СССР – Х1003 (заводской № 1661119), он принадлежал министерству легкой промышленности.