Первый полёт прототипа Пе-8 состоялся в декабре 1936 года. Самолёт-гигант имел размах крыльев 39 м и длину 23 м, при этом Пе-8 развивал скорость до 405 км/ч. Неся на борту 2000 кг бомбовой нагрузки, бомбардировщик способен был отразить атаки истребителей противника огнём пушек и пулемётов.
В ночь на 8 августа 1941 г. эскадрильей Пе-8 был совершён первый бомбовый налёт на Берлин. В сражении на Курской дуге они сбрасывали 5-тонные бомбы на немецкую ударную группировку. Пе-8 использовались при бомбардировках укреплений Кёнигсберга.
Пе-8 являлся самым совершенным советским дальним бомбардировщиком. Всего было произведено 93 экземпляра Пе-8.