Конструкторское бюро Н.Н.Поликарпова в течение 1932 года перепроектировало У-2 в легкий боевой самолет. В следующем году эта машина успешно прошла программу государственных испытаний и была принята на вооружение под обозначением У- 2ВВС (для Военно-воздушных сил). В некоторых документах самолет упоминался как У-2 М-11 (вооруж). Было построено ещё четыре самолета. Которые в июне-июле 1933 года проходили войсковые испытания в летной школе в Борисоглебске.

У-2 на поплавках ЦАГИ-10

По-2П на Госиспытаниях, 1944 г.

По-2ПП, доработанный инженером Мостовым

В 1935-36 годах было построено 468 экземпляров У-2ВВС. Машины были стандартизованы (естественно, в рамках понимания этого термина в тот период) в соответствии с СТУ 93, разработанном отделом стандартизации ГУАП (Главного управления авиационной промышленности).

Базовая спецификация для У-2 М-11 (вооруж.) или У-2ВВС оговорила следующие характеристики: максимальный взлетный вес 1064 кг, вес пустого самолета 726,22 кг, полезная нагрузка 237,76 кг (топливо и масло, весившие 100-110 кг, в полезную нагрузку не включались.

Вооружение состояло из одного синхронизированного подвижного пулемета ПВ- 1, установленного по левому борту носовой части фюзеляжа, имевшего ленточное питание из круглого магазина емкостью 200 выстрелов, и пулемета Дегтярева ДА на турели Тур-7 с боезапасом 252 выстрела в четырех круглых магазинах.

Бомбовое вооружение из шести 6-кг бомб подвешивалось под крылом и имело механизм сброса, приводимый в действие с помощью тросика. Прицеливание при бомбометании осуществлялось с помощью прицела АП-2 (авиационный прицел второй). У- 2ВВС мог также использоваться для буксировки мишеней.

Начиная с эталона 1936 года, военные У-2ВВС были оснащены парой механических визиров МВ-5 бис, учитывающих снос, они устанавливались по бортам фюзеляжа задней кабины, и эти самолеты могли вести бомбометание с горизонтального полета. Для использования этих прицелов пришлось снять обшивку между 1-й и 2-й нервюрами крыла и лонжеронами. Начиная с эталона 1938 года, известного под обозначением У-2 ВС (не путать с У-2ВС 1942 года!) эти отверстия были закрыты полотняными полосами, которые можно было легко удалить при использовании НВ-5бис. У-2ВВС мог оснащаться и набором фотооборудования ФТ-1, в состав которого входил фотоаппарат АФА-1 Б.

По сравнению с гражданскими машинами У-2Вс имел лучшее приборное оборудование – начиная с эталона 1934 года, помимо указателя воздушной скорости и альтиметра на самолеты этой модификации стали устанавливаться гироскопические индикаторы крена и тангенса (системы Пионер). Воздух для раскрутки гироскопа поступал от двух трубок Вентури, установленных на правом борту фюзеляжа. Навигационное оборудование состояло из компаса и часов, а состояние двигателя можно было контролировать с помощью тахометра и указателей температуры и давления масла.

На первых моделях (включая эталон 1936 года) приборная доска была сделана из листа фанеры, но начиная с эталона 1938 года её центральную часть стали делать из листового алюминия, очевидно, чтобы защитить гироскоп от чрезмерных вибраций. Большая трубка Вентури, установленная на левом борту фюзеляжа, поставляла воздух для гироскопа искусственного горизонта. Этот прибор изредка устанавливали на отдельные самолеты с начала войны, а в состав стандартного оборудования он вошел в последние годы боевых действий и послевоенное время.

Электросистема (которая до 1941 года устанавливалась заводом 23 только на У- 2ВВС/У-2ВС и учебные машины, предназначавшиеся как для военных, так и для гражданских авиашкол) снабжала током навигационные огни (различались по форме на У- 2/По-2 военного и послевоенного выпуска), лампы подсветки прицелов и освещения кабины, обогреватель трубки Пито и посадочную фару под нижним крылом. Посадочная фара часто устанавливалась и на гражданские варианты У-2. На остальных машинах были уложены электрические кабели. Но к источникам тока они не подключались.

Югославский По-2 с двигателем Вальтер «Микрон-6»

В Польше По-2 строился под обозначением CSS-13.

Польский санитарный По-2С обозначался S-13.

Приборная доска в задней кабине имела упрощенный комплект приборов – указатель воздушной скорости. Высотомер, компас и указатели температуры и давления масла. Вырез в полу кабины стрелка-наблюдателя позволял устанавливать комплект фотоаппаратуры ФТ-1 с вертикально расположенной фотокамерой АФА-1Б для ведения разведки.