В мае 1943 г. ОКО-22 возглавил один из наиболее талантливых советских авиаконструкторов Владимир Михайлович Мясищев. Некоторое время он был полностью погружен в работу по подтягиванию летно-технических данных серийных пешек, но уже спустя три месяца пришел черед радикальных решений. В своей августовской программе Мясищев представил в наркомат авиапромышленности целый набор новых модификаций: Пе-2А, Пе-2Б, Пе-2В, Пе-4, Пе-4А, Пе-6 (впервые наименование Пе-4, применительно к варианту с моторами М-82, и Пе-6, применительно к варианту с моторами М-107, встречается в документах, подписанных еще Петляковым в 1941 г.; этим объясняется появление нового названия Пе-8 для бомбардировщика ТБ-7 в сентябре 1942 г.).
Пикирующий бомбардировщик Пе-2А с моторами М-105ПФ по проекту должен был иметь нормальный полетный вес 7800 кг и максимальную скорость 540 км/ч. На этом варианте пешки предусматривалось ввести новую стрелковую установку штурмана ФЗ и увеличенный фонарь кабины пилота по типу, опробованному на самолете 7/187, а также изменить форму тоннелей водорадиаторов, установить улучшенные обтекатели выхлопных патрубков и сделать целый ряд мелких аэродинамических изменений. Бомбардировочное вооружение изменять не предполагалось. Для переделки в этот вариант Мясищев выделил самолет 17/176.
В сентябре 1943 г. вышел на заводские испытания первый из запланированных вариантов - Пе-2А. Помимо заранее намеченных новшеств в его конструкции были реализованы и другие. Так, было изменено оперение: рули поворота стали прорезными, а с внешней стороны килей появились законцовки стабилизатора (что должно было улучшить обтекаемость). Трубки системы нейтрального газа полностью убрали внутрь крыла, всасывающие патрубки карбюраторов оборудовали врезными фильтрами, ввели аварийную механическую уборку тормозных решеток с помощью ручной лебедки.
В ходе испытаний заводскому летчику капитану Васильченко не удалось получить запланированную максимальную скорость полета 540 км/ч. Машину пришлось дважды модифицировать, вводить все новые улучшения, но она постепенно отставала от серии, поэтому внимание Мясищева переключилось на другой объект - Пе-2Б, а самолет 17/176 в дальнейшем переделали в его дублер.
