В середине 1938 года осуждённые конструкторы и инженеры во главе с В. М. Петляковым, находящиеся в специальном КБ НКВД, начали разработку высотного истребителя большой дальности полёта под обозначением ВИ-100. В ходе создания нового самолёта военные обратили внимание на то, что он больше подходит для роли пикирующего бомбардировщика, для чего на него были установлены грузовой отсек и внешние крепления, экипаж расширен до трёх человек; сохранилось и курсовое вооружение в виде двух 20-мм пушек и двух 7,62-мм ШКАС. Новый истребитель-пикирующий бомбардировщик начал проходить испытания с 11 апреля 1940 года, и 1 мая он был впервые продемонстрирован публике на воздушном параде в Москве. В результате испытаний весной 1940-го командование предложило создать два самолёта, более сфокусированных на своих ролях: пикировщик ПБ-100 (Пе-2) без герметизированной кабины, турбокомпрессоров и тяжёлый истребитель ВИ-100 с ними и усиленным вооружением. Но разработка ВИ-100 затягивалась.

С началом Великой Отечественной войны необходимость в тяжёлых истребителях только нарастала, поэтому 2 августа 1941 года Петлякову была поставлена задача — в четырёхдневный срок на базе серийного Пе-2 разработать высотный истребитель. Используя наработки по ВИ-100, он представил первый прототип уже 7 августа. С Пе-2 были сняты бомбодержатели, а в бомболюк был установлен дополнительный топливный бак. Конструкторы убрали место нижнего стрелка, зашили верхний люк и установили ещё два бака на 225 литров. Вооружение усилили вторым пулемётом УБ и неподвижным ШКАС в хвостовом коке. Новый самолёт получил обозначение Пе-3, и уже в конце августа машины ранних серий начали поступать в ИАПы.

В игру Пе-3 (р) был введён до начала открытого бета-тестирования. Это тяжёлый истребитель с хорошим роллом и приятной манёвренностью, как для двухмоторного самолёта. При этом его боекомплект мал, вооружение слабо, а большое количество топливных баков часто приводят к пожарам при попадании в него.