Группа конструкторов, возглавляемая Сухим, в 1936 году получила задание разработать для Военно-Воздушных Сил новый многоцелевой самолет: ближний бомбардировщик, разведчик и штурмовик. Общее руководство проектированием осуществлял Туполев.
В августе 1937 года был построен опытный экземпляр самолета, обозначенного АНТ-51, и Громов выполнил на нем первый полет. В дальнейшем группа Сухого, выделившаяся в самостоятельное опытное конструкторское бюро, подготовила несколько вариантов этого самолета. Все они, как и первый экземпляр, были двухместными. В соответствии с тем, какими двигателями оснащался тот или иной вариант самолета, менялись летно-технические данные и частично вооружение.
Лучшим вариантом был признан самолет с двигателем М-82 в 1400 л.с. По схеме – нормальный низкоплан. Его максимальная скорость достигала 486 км/час, потолок – 8900 м. Конструкция Су-2 смешанная. Фюзеляж самолета – деревянный, типа полумонокок, обшитый бакелитовой фанерой. Крыло – дюралевое со стальными полками лонжеронов. Стабилизатор и каркас рулей – дюралевые, обшивка рулей полотняная. В центроплане и консолях – посадочные щитки. За турелью опускаемый при стрельбе обтекатель, между кабинами – прозрачный фонарь. Спинка сиденья летчика и кабина стрелка снизу и с боков имели бронезащиту. Вооружение – шесть пулеметов ШКАС и 10 реактивных снарядов.Су-2 мог брать 400 кг бомб на внутренней, а в варианте ближнего бомбардировщика дополнительно до 500 кг бомб на наружной подвеске. Шасси одностоечное, убираемое в центроплан путем поворота к оси самолета. Вес пустого самолета – 3273 кг, взлетный – 4700 кг.
Су-2 применялись в первый период Великой Отечественной войны. Во время войны быстро выяснилось, что такой тип разведчика и ближнего бомбардировщика изжил себя, принципиально устарел и не нужен. Всего было построено 500 экземпляров Су-2.