Escriu una continuació per a aquest paràgraf - No obstant això, el 21 d'octubre de 1937, Petlyakov va ser arrestat juntament amb Tupolev i tota la direcció de la TsAGI per càrrecs falsos de sabotatge, espionatge i d'ajudar al Partit Fascista Rus. Molts dels seus companys van ser executats. El 1939 va ser traslladat d'una presó a una NKVD "sharashka" per a dissenyadors d'avions prop de Moscou, on molts ex-TsAGI ja havien estat enviats a treballar. Petlyakov va rebre la tasca de dissenyar un caça d'alta altitud, que va complir amb èxit. No obstant això, l'experiència operativa en la guerra soviètic-finesa
La guerra de 1939-1940 va mostrar que això no era el que la Força Aèria Soviètica necessitava, i Lavrentiy Beria, cap de l'NKVD i del sistema "sharashka", va ordenar que el caça fos redissenyat com un bombarder en picada, amb la promesa que Petlyakov i els seus col·legues serien alliberats en la seva finalització amb èxit.