Круг задач, поставленный главным конструктором перед ОКО-22 и опытным цехом, не исчерпывался перечисленными выше модификациями. В ноябре 1943 г. начались заводские летные испытания самолета Пе-2 с новыми моторами М-1. Двигатель, созданный на заводе № 16, представлял собой непосредственное развитие М-105 с сохранением его внешних форм и основных размеров (диаметр цилиндров был незначительно увеличен). По расчетам, М-1 должен был обеспечивать максимальную мощность 1500 л.с. у земли и 1300 л.с. на второй границе высотности 5000 м (напомним, что М-105ПФ у земли имел мощность 1210 л.с., а на второй границе высотности 2700 м - всего 1180 л.с.).

Для установки новых многообещающих моторов завод выделил серийный Пе-2 № 12/224. После выполненных переделок мотогондолы "пешки" заметно изменились внешне. Так, выхлопные патрубки переместились с боковых поверхностей капота на верхнюю, вместо двух симметрично расположенных всасывающих патрубков нагнетателя смонтировали один увеличенный - слева от мотора. Появились также специальные кожухи для продува пространства внутри развала моторов, где монтировались свечи, генератор ГС-1000 и другие агрегаты. Испытания проводил заводской летчик Кондырев. Самолет с более мощными двигателями показал очень неплохие летные данные: максимальную скорость 475 км/ч у земли и 562 км/ч на высоте 6000 м при нормальной полетной массе 8300 кг. Время подъема на высоту 5000 м сократилось по сравнению с серийной машиной на 2,6 мин.

В акте по испытаниям, которые закончились в феврале 1944 г., отмечалось, что данные могут быть еще улучшены. Для этого на самолете следовало реализовать комплекс мер по совершенствованию аэродинамики, предложенный ЦАГИ и осуществленный на Пе-2Б. Однако наркомат авиапромышленности уже связал свои планы с моторами М-107А. Запускать в производство сразу два новых двигателя жидкостного охлаждения было неразумно. Поэтому у Пе-2 с М-1 шансов на серию не осталось.

Модификация	Пе-2 М-1
Размах крыла, м	17.13
Длина, м	12.66
Высота, м	3.95
Площадь крыла, м2	43.16
Масса, кг
пустого самолета	7458
нормальная взлетная	8460
Тип двигателя	2 ПД М-1
Мощность, л.с.
взлетная	2 х 1500
номинальная	2 х 1300
Максимальная скорость , км/ч
у земли	474
на высоте	562
Практическая дальность, км	1200
Практический потолок, м	8000
Экипаж	3
Вооружение:	три 12.7-мм пулемета УБ и два 7.62-мм пулеметов ШКАС Бомбовая нагрузка - нормально 600 кг