В начале Великой Отечественной войны Омск стал крупным центром военной промышленности, осуществлявшем поставки боевой техники на фронт. Уже в середине июля 1941 года в Омск было эвакуировано сразу несколько авиационных заводов, которые объединились в моторостроительный завод № 166, впоследствии ставший Производственным объединением «Полет». Директором завода был назначен летчик, первый Герой Советского Союза Анатолий Васильевич Ляпидевский.
Еще шли эшелоны с оборудованием, возводились производственные корпуса, а в недостроенных цехах уже шла подготовка к серийному выпуску самолета «Ту-2» – одного из лучших пикирующих бомбардировщиков Второй мировой войны. В действующей армии эти боевые машины применялись для нанесения бомбовых ударов по переднему краю противника и для разведки.
Разработка нового пикирующего бомбардировщика началась в СССР еще в 1936 году после назначения выдающегося советского авиационного конструктора А. Н. Туполева на пост заместителя начальника Главного управления авиационной промышленности страны. Конструктор имел большой опыт работы над многомоторными самолетами: в 1932 году под его руководством был создан самолет АНТ-25, на котором был совершен беспосадочный перелет в США через Северный полюс. Однако в 1937 году Андрей Николаевич был арестован, обвинен во вредительстве и контрреволюционном заговоре и осужден на пятнадцать лет. Для таких заключенных, как конструктор Туполев, НКВД создал несколько закрытых конструкторских бюро, в которых инженеры выполняли стратегически важные для страны задания. Одним из таких конструкторских бюро в Омске с июля 1941 года – ЦКБ № 29 – руководил А. Н. Туполев, а в качестве технолога в нем работал выдающийся конструктор С. П. Королев. Коллектив бюро работал над организацией серийного производства пикирующего бомбардировщика «Ту-2».
Цельнометаллический Ту-2 был очень сложной машиной для своего времени. Ту-2 мог разогнаться до скорости 547 км/ч, подняться на высоту 9,5 тыс. метров, с перегрузом он мог брать на борт до 3 тонн бомб.
Первый самолет на омском заводе был собран 9 декабря 1941 года из комплектующих, доставленных из Москвы и испытан заводскими летчиками В. В. Карповым и Я Г. Паулем на летно-испытательной станции на Левобережье. Летчики отмечали высокие летно-технические характеристики самолета и его надежность.
За год на заводе в Омске было построено 80 бомбардировщиков «Ту-2», из них 63 участвовали во всех крупнейших сражениях, в том числе в боях на Курской дуге, в битве за Берлин.
В конце 1942 года производство этой модели самолетов было приостановлено в связи с тем, что предприятию был поручен выпуск наиболее нужных в то время истребителей «Як-9», но в конце лета 1943 года было принято постановление о возобновлении производства «Ту-2». Серийно самолет выпускался на омском заводе до 1952 года. Ту-2 активно поставлялся на экспорт. Его использовали ВВС Польши, Болгарии, Румынии, Венгрии и Китая.
Конструкторское бюро А. Н. Туполева оказало существенное влияние на становление Омского авиазавода. Был заложен фундамент, который позволил в кратчайшие сроки освоить выпуск самолетов, фундамент, на котором позже, в 1956 году, начнется серийный выпуск в Омске еще одной уникальной машины выдающегося конструктора – реактивного пассажирского самолета Ту-104. Его производство продолжалось до 1960 года, за это время было выпущено 58 лайнеров.