與測試德國戰鬥機必須採用實機試飛和模擬對抗相比，蘇聯人對試飛德國轟炸機的熱情則要小得多，相關資料也比較零散。
究其原因恐怕第一是轟炸機雖然是空軍的主要進攻兵力，但並非是一種完全由極限性能導向的機種，很多指標並不需要試飛才能獲取。其次德國轟炸機的總體性能並不出眾，至少在東線幾乎沒有出現令蘇聯戰鬥機和高射炮無能為力的機種。
德國空軍較為現代化的單翼轟炸機是在納粹黨上臺之後出現的，這個時期蘇德之間已不復早期的合作關係，然而官方接觸並沒有完全終止。1934年蘇聯人曾試圖購買兩架亨克爾He 70高速郵政機，這個談判被希特勒親自叫停，因為此機型其實是未來轟炸機的原型機。
蘇聯人與德國現代轟炸機的第一次接觸還是來自西班牙戰場。1937年前一批戰場繳獲的飛機運回國內，包括容克斯Ju 52、Ju 86和亨克爾He 111轟炸機，其中一些可堪修復的飛機於37至38年間進行了試飛。
這幾種機型中Ju 52隻是客串轟炸的運輸機，價值相當有限。對He 111的試飛表明其飛行速度低於對應等級的蘇聯轟炸機，其爬升率、航程和升限也「明顯低於」現代雙引擎轟炸機的要求。
蘇聯人較為看好的是容克斯Ju 86，對其Jumo 205柴油機尤其欣賞，這種發動機的油耗以及功率/容積比率明顯優於蘇制AM-34、M-25和M-85航空發動機，空軍科學研究所甚至建議仿製量產這種發動機。但德國人對其看法正好相反，在西班牙的實戰測試表明該機性能不如He 111,特別是柴油機在戰鬥中不耐粗暴操作。該機在二戰爆發前就退出主力轟炸機陣容，其高空型號還活躍了一段時間，但數量非常有限。雙方結論的不同表明蘇聯人在轟炸機技術發展趨勢上似乎出現了一定誤判。
同時蘇聯人也注意到德國飛機上已開始使用纖維制的自封閉油箱，氧氣設備和機內人員通話系統也相當完善。西班牙內戰後期德國投入的新型轟炸機性能似已超過蘇聯對應飛機，但由於戰局不利蘇聯人已無法在戰場上獲得更新的樣品。
這個時期蘇聯航空工業進步主要依靠美國和法國的技術與設備支援，並不依賴德國技術途徑。
1939年航空工業代表團訪德之行使蘇聯人得以進一步接觸德國航空發展的最新動向。他們籤約買回的飛機中包括4架轟炸機，兩架Ju 88A和兩架道尼爾Do 215，此外還有新型的Jumo 207柴油發動機和Jumo 211發動機，後一種型號廣泛應用於Ju 87、Ju 88和He 111系列。
蘇聯人戰後反思時曾指出此次採購的機型有一些重大錯誤，在轟炸機方面忽略了Ju 87斯圖卡。按雅克福列夫的說法，一些可悲的戰術家武斷認為這是一種過時的低速機型，沒有任何必要在這上面白花錢，結果這些過時飛機在戰爭第一天就帶來了無盡的痛苦。但另一方面固然斯圖卡給蘇聯人帶來了無數痛苦，蘇聯人在戰爭中也獲得並測試了若干架不同型號的斯圖卡，但仍沒有說它什麼好話，也沒有試圖研製對應機型。因為除了大角度俯衝轟炸的絕技外，斯圖卡的其它指標確實落伍，它的成功至少一半來自德國戰鬥機對制空權的掌控，可悲的戰術家也並非完全錯誤。
另一個不可解之處則是在完全具有自由選擇權的情況下購買了Do 215，而不是更大也更先進的Do 217。Do 215是德國人為出口搞的型號，在德國空軍中完全不成氣候，只生產了100多架。即使是蘇聯人自己也說不清楚為何當時作出如此選擇。
對這批德國飛機的檢查給蘇聯技術人員和設計師留下了深刻印象，其電氣設備、導航和駕駛儀器、無線電設備、炸彈釋放裝置和轟炸瞄準器既精良又可靠，儀錶板和控制臺以及各類設備、管線布局井井有條，與蘇制飛機內部細節的粗糙凌亂形成強烈對比。
1940年5月至10月間，兩種德國轟炸機和其他德國飛機一起接受了飛行測試，據統計當時至少有3500名工程師和設計人員得以近距離接觸德國飛機。測試報告總體上充滿了樂觀情緒，蘇聯新型戰鬥機比德國現役型號都快。對轟炸機的評價相對客觀，Ju 88和Do 215雖然外形醜陋，但卻是相當現代的轟炸機，比蘇聯現役的斯勃和德勃-3都快。但是蘇聯人還有更新式的佩-2和BB-22（就是很不成功的雅克-2和雅克-4）兩種雙引擎飛機正在測試，看來轟炸機的優勢仍在蘇聯一方。
不過頗為諷刺的是整個1940年，德國人生產了上千架Ju 88，而佩-2的產量是——1架。
蘇聯空軍研究所總結了德國飛機的一般性優勢：設計師非常注意使用上的便利性，各種自動系統減輕了飛行員的負擔，飛機在野戰條件下操作方便；飛機的武器、動力系統、特種設備、電氣設備以及其他部件和材料大量採用統一標準，對於維修、備件以及人員培訓非常有利；機體和發動機大量使用鎂合金鑄件，已基本淘汰鋼材和木材；德國飛機已普遍裝備纖維制自封閉油箱，生存性大大提高。
以Ju 88為例，拆下螺旋槳只需4分鐘，而蘇制斯勃轟炸機需要1個小時。拆下發動機的時間是1.5小時對4.5小時，而安裝發動機的時間則是3小時對10小時。
德國轟炸機的先進設計立刻被引入蘇聯機型，Ju 88的俯衝轟炸自動拉起系統在莫斯科213廠批量生產，後來應用於斯勃、Ar-2（即斯勃-RK）和佩-2；自封閉軟油箱開始替代剛性焊接油箱，1940年為轟炸機和戰鬥機各生產了100餘個，1941年起開始全面生產；DB 601A發動機所用的雙級機械式增壓器也被TsIAM仿製，高空性能遠遠超過蘇聯人的單級增壓器。
軍方提出的另一項重要要求是在蘇聯飛機上廣泛安裝無線電，但由於技術和材料限制，這個要求直到戰爭後期才算基本實現。
對德國飛機的研究和分析也直接影響了蘇聯轟炸機的型號選擇，佩-2研製之初是一種高空戰鬥機，但最終成為了前線使用的俯衝轟炸機；而由於德國人並無對應的四發轟炸機，佩-8的生產於40年中止，最終也只生產了93架。
在戰爭爆發前的短暫時間裡還有一些德國現役飛機意外落入蘇聯人之手。1940年3月20日，一架Do 17E-1降落在白俄羅斯西部的貝爾斯克機場。第二天又有一架Do 17E-3降落在Tsekhanovets鎮。這兩架飛機屬於德國人的航空學校，因為惡劣天氣迷航。
蘇聯空軍科學研究所緊急派員至現場檢查了德國飛機，他們發現Do 17遠比新購買的Do 215落後，其BMW VI發動機功率不足，駕駛艙狹小，自衛武器射角不足。在技術人員提交的報告中稱這完全是過時機型，德軍已將之從戰鬥部隊撤出用於飛行訓練， 「我們對其毫無興趣」。
這些飛機被送還德國。戰後資料顯示，至少其中一架即前述的3033號Do 17E-3被用於對蘇戰爭，該機被用於牽引滑翔機直到1943年。
戰爭爆發後，蘇聯人開始直面德國轟炸機的打擊。就在6月23日，III/KG1（第一轟炸聯隊第三大隊）的8260號Ju 88A-5在裡加灣被高射炮打中迫降，機體基本完整。一天之後，II/KG54的2428號Ju 88A-6在基輔附近迫降。7月8日，KG1的另一架幾乎完好的4341號Ju 88A-5又落到蘇聯人手裡。這些飛機都沒有經過航空專家檢查，也沒有試圖修復。當地部隊拍攝了照片用於製作宣傳材料和識別手冊，他們也進行了檢查和記錄，但部隊更關心的是德國飛機的防禦武器數量、射擊角度以及裝甲板的厚度和位置。
建立常設的被俘裝備接收委員會後，被俘獲的德國轟炸機開始接受專業人員的系統檢查和分析，但由於德國轟炸機總體性能並未超出預料，所以蘇聯人感興趣的往往是一些特定的系統或者特種設備，對整機試飛興趣不大。
在蘇聯空軍科學研究所1942年的報告中，通過檢查各條戰線的德國飛機實物，蘇聯人注意到德國轟炸機和偵察機的自衛武裝和防護裝甲普遍比戰前樣機更強。此外一些特殊技術特徵也被記錄下來，比如Ju 88偵察型安裝的燃油噴射系統，安裝在尾錐中的遙控發射的固定護尾機槍，以及He 111機頭中軸安裝的厄利空加農炮等等。
當時蘇聯航空科研機構最感興趣的德國轟炸機是亨克爾He 111，蘇聯人很熟悉這種飛機的早期型號，但德國人對其進行了持續而有效的改進。在東線He 111的出現頻率不低於更現代化也更快速的Ju 88，並且能夠執行轟炸、偵察、運輸、魚雷攻擊和布雷等多種任務。很顯然現代化的He 111與西班牙戰爭時期的樣機已不可同日而語，蘇聯空軍科學研究所迫切希望能對其進行一次整機測試。之前曾有若干架較為完整的He 111被蘇軍俘獲，但戰爭形勢和當地條件都無法將其完整運回後方，只能在現地檢查。
43年冬季反攻期間紅軍地面部隊在史達林格勒以西繳獲兩架完好的He 111，這兩架飛機遂被選為測試機。1943年3月24日一架He 111H-6被送至莫斯科契卡洛夫斯卡婭機場進行測試，但第三次飛行後發動機出現問題。蘇聯工程師轉而測試另一架He 111H-11，H-6的一個完好發動機也被用來保障這架飛機。1943年5月測試結束。
試飛表明，雖然其Jumo 211-F-1發動機的起飛功率達到1350馬力，但He 111H-11的最大飛行速度、爬升率和升限仍然相當低。與對應等級的蘇聯轟炸機伊留申設計局的伊爾-4（德勃-3F）相比，在不同飛行高度上的時速慢11至19千米；爬升到5000米高度所需時間多3.9分鐘；其攜帶1000千克炸彈下的作戰半徑也不如蘇聯轟炸機。
亨克爾轟炸機也具有一些明顯的優勢，它的防禦武器更為完善，增加了槍枝數量，包括MG 131機關槍和半固定式的MG FF加農炮，準直式瞄準具替代了簡單的瞄準環和準星。蘇聯轟炸機上活動機槍的備彈量允許不間斷射擊15秒，而德國炮手可以在彈藥耗盡前連續射擊75秒。測試小組發現He 111的操縱性能好於伊爾-4，伊爾-4縱向穩定性不足，著陸襟翼伸展時機頭會突然下沉，起落架也很薄弱。
測試總工程師格裡巴金少校指出，He 111上根據型號不同，配備了270千克到315千克不等的裝甲。這些裝甲的面積和厚度都不夠，無法抵禦機關炮直射和大口徑炮彈的彈片。但是這些裝甲板覆蓋了機組工作區域和動力系統最重要以及最脆弱的單元，從而提高了轟炸機的生存能力。為了適應更大尺寸的炸彈以及增加載彈量的需求，德國設計師轉而採用外部彈架。作為對氣動外形惡化的補償，He 111H-11取消了機身內部炸彈艙，在其原位安裝了一個額外的燃料箱。
蘇聯設計師期盼已久的另一個型號是福克伍爾夫的Fw 200「禿鷹」轟炸機，這種大型飛機是德國空軍當時絕無僅有的四發轟炸機，由於主要部署在西歐，所以一直充滿神秘感。很多蘇聯航空專家還記得1939年8月德國外交部長馮·裡賓特洛普訪問莫斯科時，乘坐的就是一架民用型的禿鷹。
當德國第六集團軍被包圍在史達林格勒的時候，德國空軍司令赫爾曼·戈林不負責任地承諾能夠通過空中運輸保障其補給。但是德國空軍長期缺乏運輸機，不得不調用轟炸機承擔臨時運輸任務。雖然轟炸機的內部空間和載重量都有限，但四發飛機總是比雙發飛機更為強力一些，所以KG40（第40轟炸聯隊）的18架禿鷹被調至東線承擔運輸任務。最初這些飛機還能在史達林格勒降落，不久後因為戰局惡化就只能採用空投補給，執行這種任務時每架禿鷹翼下掛載4個貨物容器。
前線經常傳來發現禿鷹在不同地區飛行的目擊報告，但實際上這種飛機在史達林格勒空運中所起的作用非常有限，據說在德軍最後崩潰前也只出動了41次，後來在克裡米亞又飛了35次。紅軍在史達林格勒地區俘獲了完整的0034號Fw 200C-3，這架飛機被儘快送回莫斯科進行測試。
Fw 200尚未開始試飛就使翹首以盼的蘇聯專家們大失所望。他們立刻發現這種飛機的駕駛艙布局和內部艙室與美國的道格拉斯DC-3極其相似，蘇聯於30年代末購買了DC-3的生產許可證，並將其命名為裡-2，所以這一點完全瞞不住業內人士。事實上雖然其體積很大，但內部人員活動區域卻很狹窄，非常不利於機組長途飛行，其中領航/轟炸員的位置最為侷促。機長無法控制一些必要的系統，如備用電泵和緊急剎車，飛行員完全沒有後方視野。
一言以蔽之，這只是一種臨時改裝為轟炸機的民用飛機，顯然德國人尚不具備開發成熟四發轟炸機的能力。
Fw 200的測試總工程師仍為格裡巴金少校，因此對兩架飛機的飛行特性也作了比較，亨克爾轟炸機的操縱性能、視野以及動力系統可靠性都優於Fw 200。安裝四臺AM-35A發動機的佩-8是禿鷹的主要對比型號，結果發現雖然早被邊緣化而停止發展，佩-8的飛行速度、升限以及自衛武器數量和安裝位置仍全面優於Fw 200，更不要說蘇聯一直試圖購買而不得的美制解放者和空中堡壘了。
Fw 200上最有價值的東西是設計和製造精良的電氣部件、低空轟炸的專用瞄具以及簡單可靠的熱除冰裝置，1943年4月下旬以上系統被拆除，連同無線電導航羅盤、盲降系統、自動駕駛儀、人工地平儀和電子遠程磁羅盤等設備一起送交相關科研部門作進一步檢查。
這架飛機的機體尚保留了一段時間作為戰利品對公眾展示，戰爭結束後被廢棄拆解。
蘇聯人最後測試的一種德國戰時生產的轟炸機是Do 217M，這架飛機開始試飛時已是1946年1月。和戰爭中在東線出現的所有常規類型德國轟炸機一樣，該機的整體設計和性能沒有打動蘇聯專家。
該機最高時速為477千米，即使在戰爭尚未結束時也被認為不足。試飛表明其爬升到5000米高度需要15.5分鐘，可用升限為7750米（攜帶炸彈時），這些指標都不及圖-2轟炸機，而其防禦火力配置也被認為不足。蘇聯人對其看法是防禦薄弱，只適合執行夜間任務。
該機使用的DL-13I/ID炮塔略得好評，該炮塔使用電機驅動，可在360度範圍恆速旋轉，被認為比安裝在伊爾-4和伊爾-2上的UTK-1「純機械式」炮塔要好。
該機唯一被蘇聯人看重的是其大功率發動機。與其他安裝星型發動機的道尼爾不同，Do 217M安裝的是DB 603A液冷發動機。這種發動機與Bf 109G/K戰鬥機安裝的DB 605類似，但由於功率增加，氣缸容積、體積和重量都相應增大。當時雖然戰爭已經結束，但克裡莫夫仍在改進大功率的VK-107A發動機，DB 603為解決大功率發動機有效性和可靠性的設計改進對其工作有一定幫助。
蘇聯人對德國轟炸機的測試和評價就到此為止，但他們和德國轟炸機的緣分還不算到頭。戰爭結束後蘇聯人對佔領區的德國航空工業進行了從設備、資料到人員的打包式接受。數千名德國設計師、技術人員和專業工人以及他們的家屬來到蘇聯，在異國繼續他們未完成的設計。這些德國人甚至還搞出了全新的機型，不過這就是另一個故事了。