АНТ-42 совершил первый вылет в декабре 1936 г. Доводка и испытания самолета шли долго и завершились весной 1938 г. с рекомендацией о принятии самолета на вооружение. Выпуск продолжался с 1939 г. до 1944 г., построено (включая прототипы) 93 машины. Обозначение Пе-8 самолету присвоили в 1942 г. после гибели конструктора. Технические характеристики самолетов Пе-8: размах крыла 39,1 м, длина самолета 23,59 м, максимальная скорость 427 км/ч, практический потолок 9300 м, дальность полета 4700 км. Именно эти 8 машин ТБ-7 в ночь на 11 августа 1941 г. совершили первый боевой вылет для удара по Берлину. Операция оказалась неудачной – было потеряно 5 самолетов, по цели отработали только 3 машины.
После репрессий ноября 1939 г. вновь организованная группа А. Туполева получила название «103» и работала по созданию пикирующего фронтового бомбардировщика (ФБ) – «самолёта 103», эскизный проект которого был представлен в феврале 1940 г. Первый испытательный полёт ФБ состоялся в январе 1941 года, когда казанский авиазавод № 124 уже приступил к серийной постройке Пе-2 В. Петлякова. Совершенно неожиданно в январе 1942 г. выходит приказ Наркомата Авиапрома А. Шахурина «О подготовке серийного производства самолета «103» на заводе в г. Казани». Тогда ещё «самолёт 103» не прошел ни заводских, ни государственных испытаний, не был подписан акт о его приемке. К тому же не было налажено производство самолёта в Омске, куда были эвакуированы два московских завода и ОКБ Туполева. И вдруг «производство Пе-2 прекратить»!
Известно, что Туполев до этого передал письмо наркому Авиапрома, в котором даются лётно-технические характеристики на собственный ФБ (Ту-2) и указывается, что его самолет лучше Пе-2. Нарком подписывает приказ, и Туполев, имея разрешение, выезжает в Казань. Драматические события того времени осветила одна из помощниц Петлякова: «Когда Туполев с командой появился на заводе, повели они себя, честно сказать, по-хамски, считая, что завод уже принадлежит им. Андрей Николаевич прошёл в кабинет к Петлякову и кричал на Владимира Михайловича, чтобы тот убирался сего завода… Через некоторое время вышел Петляков, он был очень бледный и взволнованный. Попросил связать его по ВЧ с Шахуриным, о чём они говорили, неизвестно, но из кабинета он вышел уже успокоившимся, сказав, что Шахурин ждёт его в Москве. Напоследок попросил готовить документы в Москву».
Для спасения производства Пе-2 В. Петляков начинает искать пути выезда в Москву, но получает отказ директора завода Карпова предоставить ему заводской Ли-2. Он пытается выехать на поезде, но не получает письменного разрешения министра НКВД Татарской АССР полковника Габитова. Тогда, уже будучи на грани нервного срыва, он решает лететь с двумя экипажами отдельного дальнего разведывательного авиационного полка. Близкое окружение Петлякова пытается отговорить его от этой безумной затеи, но главный конструктор стоит на своем.
12 января 1942 г. в 13.40 самолёты взлетели. Полёт Пе-2 № 14/11 продолжался 35 минут, но в километре от деревни Мамешево самолёт ударился о землю в районе Арзамаса. В. М. Петляков и весь экипаж погибли. Результаты расследования гибели главного конструктора рассматривал И. Сталин. После доклада А. Шахурина последовало распоряжение, чтобы А. Туполев «убирался в Омск и не показывался…». В марте 1942 г. постановление о развертывании самолета Ту-2 на казанском авиазаводе № 22 будет отменено. Роковое стечение обстоятельств предопределило гибель гениального конструктора В. М. Петлякова на борту своего детища. Он был похоронен на центральной аллее Арского кладбища.
После февральского пленума ЦК ВКП(б) 1937 г. оборонную промышленность накрыла волна репрессий. В НКВД был подготовлен план мероприятий по «разоблачению и предупреждению вредительства и шпионажа». На заводах, в конструкторских бюро и в научно-исследовательских институтах авиационной промышленности начался настоящий террор. Были арестованы практически все руководители Центрального аэрогидродинамического института им. Н. Жуковского (ЦАГИ), знаменитые конструкторы самолетов и двигателей В. М. Мясищев, Б. С. Стечкин, Р. Л. Бартини, В. И. Неман, В. А. Надашкевич, В. М. Петляков, Д. А. Томашевич, В. А. Чаромский, В. А. Чижевский и другие. Шпионами объявили многолетних друзей и коллег К. А. Калинина братьев Касяненко. В работе на французскую разведку обвинили выдающегося авиаконструктора А. Н. Туполева. В заключении оказались основатели советской ракетной техники С. П. Королев, В. П. Глушко, Г. Э. Лангемак, В. Н. Челомей и др. Только некоторым тогда удалось выжить.