После получения Пе-3 пилотами советских авиачастей и появления опыта их применения летом 1941 года, военные представили к самолёту ряд нареканий: Пе-3 часто использовался в качестве ночного истребителя, и его яркая вспышка пушек часто слепила пилотов. Слабоватым считалось и вооружение. Поэтому в сентябре-октябре КБ Петлякова создало улучшенную версию истребителя под обозначением Пе-3бис. Вооружение самолёта было усилено установкой дополнительной пушки ШВАК, которая вместе с пулемётами УБ была перемещена под фюзеляж. Кроме того, консоли крыла были оснащены автоматическими предкрылками, была убрана большая часть остекления в носу, уменьшен фонарь кабины пилота, система заполнения бензобаков азотом была заменена системой наддува нейтрального газа. Был выполнен и ряд других, менее значительных изменений. В серию Пе-3бис запустили в апреле 1942 года, всего было произведено 152 самолёта.

В игру Пе-3бис был введён до начала открытого бета-тестирования. Это тяжёлый истребитель с хорошим вооружением и уверенной живучестью. При этом он медленный и плох в маневрировании, а его задний стрелок почти бесполезен.