Подготовку к серийному выпуску самолета «103» ОКБ Туполева начало в феврале 1941 года, еще до завершения государственных испытаний машин «103» и «103У» и до решения ГКО о серийном выпуске самолета. Приказом НКАП № 533 от 17 июня 1941 года серийный выпуск самолета следовало организовать на заводе № 18. Однако война спутала все планы. Вскоре после начала боевых действий ОКБ Туполева вместе с главной частью завода № 156 эвакуировалась в Сибирь, где их объединили с заводом № 81, сформировав завод № 166. Именно этот завод и приступил к выпуску самолетов «103У».

Поскольку в Омске некому было заниматься налаживанием серийного производства, эту обязанность возложили на ОКБ Туполева.

После того, как завод № 166 свернул выпуск Ту-2, строительство самолетов этого типа планировали в Казани. Но решением ГКО от 17 июля 1943 года выпуск самолетов Ту-2 подхватил завод № 23. ОКБ Туполева оказало большую помощь заводу в освоении новой машины. Был подготовлен комплект документации, на завод выслали группу конструкторов. Эти меры позволили в сжатые сроки наладить серийный выпуск бомбардировщика.

Прототипом для серийных машин завода № 23 стал Ту-2С (стандартный) серийный номер «716». Самолеты в таком варианте с небольшими изменениями выпускались вплоть до 1946 года.

Развертывание выпуска Ту-2 на заводе № 23 сначала шло нелегко. Субподрядчики срывали сроки поставок или гнали брак. Не хватало квалификации и у рабочих завода. В результате выпуск развертывался с опозданием. В ноябре 1943 года вместо 10 запланированных машин удалось собрать только одну. В IV квартале 1943 года вместо 30 по плану завод собрал только 12 самолетов, а в I квартале 1944 года — вместо 88 только 31.

Лишь к середине 1944 года удалось справиться с проблемами. Всего в 1944 году завод № 23 выпустил 378 самолетов, а в 1945 году — еще 742.

Оба завода (№ 166 и № 23) выпустили в 1945 году 1216 Ту-2, из которых 764 успели принять участие в боевых действиях.

В 1946 году на заводе № 39 в Иркутске начался выпуск разведывательного варианта Ту-2. Прототип Ту-2Р серийный номер «10013901» в ноябре 1947 года показал следующие данные:

Взлетная масса: 11900 кг

Максимальная скорость: 558 км/ч

Потолок: 9350 м

Скороподъемность: на 5000 м за 9,6 мин

28 июня 1945 года появился приказ Министерства авиационной промышленности № 258, в котором предписывалось начать выпуск самолетов типа «68» 2АМ-39ФН2 на заводе № 1 в Куйбышеве. Самолет «68» отличался от серийного Ту-2 следующими деталями:

Полностью изменена двигательная установка;

Установлен новый фонарь кабины;

Усилена хвостовая часть.

В начале 1947 года завод выпустил первую серию машин, обозначенных как Ту-10. В апреле 1947 года один из этих десяти бомбардировщиков проходил государственные испытания. Выпуск Ту-10 на этом закончился.

Ту-2 был одним из немногих военных самолетов, выпуск которых продолжился и после Победы. Завод № 23 выпускал Ту-2 вплоть до 1948 года. Во второй половине 1946 года возобновили выпуск Ту-2 на заводе № 166. Планировалось наладить выпуск разведывательного варианта Ту-2 на заводе № 39 в Иркутске. Модификация Ту-2 с двигателями АМ-39ФН2 (Ту-10) небольшой серией производилась на заводе № 1 в Куйбышеве в 1947 году. Позднее выпуск Ту-2 наладили на московском заводе № 82 в Тушине и продолжали его до 1951 года.