Основными материалами в У-2 являлись сосна и фанера. В небольшом количестве применялась сталь (мягкая, недефицитная). Вся конструкция обтягивалось полотном.

Шасси со сквозной осью и резиновой амортизацией. На самолет первоначально устанавливались колеса 700x120 мм, с 1936 г. — 700x100, а с 1939 г. — 700x150. До 1938 г. колеса были со спицами, потом — дисковые. Для зимней эксплуатации выпускались лыжи.

Первые серии У-2 имели небольшой заголовник задней кабины и частичный капотаж мотора, чем они зрительно отличались от машин последующих серий.

После 1934 г. на У-2 стали устанавливать указатель «Пионер» и трубку Вентури для раскрутки гироприборов.

Первоначально, ввиду отсутствия на заводе штампов для гнутья оргстекла, козырек кабины делали из двух плоских частей, соединенных между собой дюралевой перемычкой. На некоторые экземпляры первых серий даже ставили прямоугольные плоские козырьки от У-1. Затем их стали делать из изогнутого посередине листа оргстекла, но боковины оставались плоскими. И только с 1938 г. удалось наладить производство козырьков, изогнутых по дуге окружности.

Летные характеристики менялись от серии к серии. Это было связано с изменением состава оборудования, доработками конструкции в процессе эксплуатации, с модификациями винтомоторной группы.

Старейший в стране завод № 23 долгое время являлся «золушкой» Авиатреста, несмотря на наличие достаточно квалифицированных рабочих и инженерных кадров. Из-за близости к границе, которая проходила всего в тридцати километрах от города, выпускать современные боевые и гражданские самолеты там считалось нецелесообразным. Поэтому он был сориентирован на постройку уже устаревших учебных самолетов У-1. Оборудование заводу выделялось по «остаточному принципу». Заказ на выпуск довольно значительной партии У-2 буквально вдохнул новую жизнь заводу. Выделенные ассигнования позволили модернизировать станочный парк, увеличить число рабочих мест. Так, если в 1926 г. на заводе № 23 работало около 600 человек, то в 1930 г. уже 874, в 1931-м — 2674, а в 1933 г. персонал завода насчитывал 3358 рабочих, инженеров и служащих.

Несмотря на сравнительно простую конструкцию, внедрение У-2 в серию проходило довольно медленно. 16 мая 1929 г. в протоколе № 52 заседания Правления Авиатреста было предложено заводу № 23 предъявить к 1 июня 58 У-1, 20 МУ-1 и только 4 У-2, а также сдать 46 И-2бис и 8 И-2.

Всего за 1928/29 операционный год удалось построить 25 У-2, из которых сдано заказчику 19. Первый серийный У-2 имел заводской номер 2257.

Первоначально за 1929/30 операционный год предполагалось выпустить 70 У-2. Затем план был увеличен до 100 экземпляров, в число которых был включен недодел за предыдущий операционный год и еще 10 машин для Добролета.

Первый серийный У-2 имел заводской номер 2257. Он как головной серийный самолет из первой серии в 6 экземпляров в августе-сентябре 1929 г. проходил специальные летные испытания в НИИ ВВС. В отчете об их результатах говорилось:

«...Предъявленный заводом № 23 головной серийный самолет У2-М11 № 2257 в производственном отношении выполнен в общем удовлетворительно, но имеет ряд недостатков, отмеченных в перечне.

В отношении летных качеств самолет У2-М11 соответствует назначению учебного самолета первоначального обучения. Имея хорошие летные данные, самолет прост в управлении, допускает большую грубость движения рычагами управления и не имеет опасных для пилотажа тенденций. Хорошо сбалансирован и устойчив.

Самолет не штопорит при всяких искусственных приемах ввода, что надо считать его положительным качеством.

При потере скорости, скольжении и искусственном сваливании самолет имеет свойство сам переходить в режим нормального планирования.

Недопустимым надо считать тряску мотора М-11, которая сильно отражается на конструкции самолета».

С октября 1929 г. по май 1930 г. машины из первой серии (4 экз.) постройки завода № 23 с номерами 2258, 2260, 2261, 2262 проходили эксплуатационные испытания во 2-й авиационной школе. Летная оценка У-2 по результатам опытной эксплуатации была положительной. Основная часть выявленных дефектов связана с двигателем и моторамой.

В конце 1929 г. УВВС выдало технические условия на постройку самолетов У-2. В них определялось, что вес конструкции самолета должен находиться в пределах от 635 до 645 кг, а полный полетный вес — от 890 до 900 к г.

Для снижения уровня вибраций Управление ВВС потребовало от главного конструктора А. Д. Швецова внести соответствующие изменения в конструкцию мотора М-11 и технологию его производства, а от Авиатреста — доработать конструкцию моторамы.

Главный конструктор самолета Н. Н. Поликарпов к этому времени уже был арестован и находился в Москве в Бутырской тюрьме. Поэтому основная тяжесть этих работ легла на плечи конструкторов завода № 23. В апреле-мае 1930 г. молодые инженеры О. Н. Розанов, Н. А. Морщихин, И. М. Жарныльский, А. С. Москалев спроектировали новую мотораму. Она проходила испытания с 27 по 29 июня 1930 г., после чего ее рекомендовали к серийному производству. Общее руководство этим процессом осуществляли заведующий проектно-конструкторским отделом завода № 23 К. А. Виганд и заведующий конструкторским бюро Н. Г. Михельсон. Последний, впрочем, недолго, так как в 1930 г. его также арестовали, но в 1931 г. его выпустили, и Николай Густавович продолжал работать главным конструктором ленинградского авиационного завода № 23. В 1937 г. его вновь арестовали и расстреляли.

Из-за трудностей освоения машины плановые темпы выпуска оказались проваленными и реально удалось построить 62 самолета в 1929/30 операционном году (до отмены операционного года как отчетно-планового периода) и 85 — в неполном 1930 календарном году.

Для массового производства в конце 1930 г. У-2 был заново пересчитан, доработаны с учетом опыта эксплуатации некоторые узлы и агрегаты. От небольшого заголовника задней кабины отказались, иной стала конструкция носовой части фюзеляжа и капота двигателя. Самолет приобрел свой известный по многочисленным фотоснимкам и кинофильмам вид. Эти работы выполнялись молодыми инженерами завода № 23 Розановым и Москалевым. После проведения испытаний У-2 был немедленно внедрен в массовое производство как эталон 1931 г.

Несмотря на успехи в развертывании серийного выпуска У-2, производство устаревших учебных самолетов У-1 некоторое время сохранялось. Например, за 1931 г. их было построено 114 штук. За тот же период планировалось собрать 841 экземпляр У-2, но реально их выпустили только 283. Главной причиной срыва плановых заданий являлось отсутствие необходимых станков и оборудования, перебои в снабжении материалами. Интересно отметить, что стоимость У-1 в ценах 1931 г. составляла 8297 рублей, а У-2 — 11 183 рубля.

Темпы выпуска У-2 в 1930–1933 гг. непрерывно возрастали. За 1933 г. удалось построить 1381 машину этого типа. В 1938 г. был достигнут максимальный годовой темп в предвоенные годы — 2016 самолетов.

Рост производства самолетов У-2 неразрывно связан с увеличением численности ВВС. После развязывания милитаристской Японией войны с Китаем, прихода нацистов к власти в Германии, начала Гражданской войны в Испании в воздухе запахло большой войной. В 1936 г. вышло решение правительства об обучении в короткий срок 150 тысяч летчиков. Потребность в учебных самолетах резко возросла. Начальник главка М. М. Каганович дал указание заводу о переводе производства У-2 на конвейер. 20 декабря 1936 г. директор завода № 23 подписал приказ о введении с февраля 1937 г. конвейерной сборки самолетов. И этот невероятно жесткий срок был выдержан. Его официальный пуск состоялся 21 февраля. Это позволило в течение одного календарного года практически удвоить выпуск самолетов (с 968 в 1936 г. до 1782 в 1937 г.).