1942年7月，圖波列夫獲釋受命領導“設計103”型飛機的研製工作，該機就是後來聞名於世的圖-2轟炸機。經過一番嘔心瀝血的努力，1943年，圖-2型飛機終於在第166工廠研製成功，並很快就裝備了蘇聯空軍的轟炸機部隊。該型機在第二次世界大戰中表現優異，獲得軍方的好評。
翼展為18.85米，機長18.80米，機高4.25米，起落架為後三點式。它裝有兩台什維佐夫M-82型14缸氣冷星形活塞式發動機，單台發動機的功率約1850馬力。該機的起飛重量為12800千克，最大載彈量3000千克。機上配備的武器主要有兩門20毫米航炮和三挺機槍。它的最大速度可達550千米／小時，升限約9500米，航程為2000千米。其尺寸、重量和性能與美軍裝備使用的B-26轟炸機相當。