В июне 1941 года в составе группировки люфтваффе, нацеленной на СССР, имелось более 300 боеготовых бомбардировщиков Ju.87. В неблагоприятных для РККА условиях начального периода войны пикирующие бомбардировщики люфтваффе смогли нанести значительный ущерб, как практический, так и моральный. В то же время даже в этих условиях в течение первых же 1,5 месяца боевых действий – до 31 июля – боевые потери «штук» составили около 70 машин.
По мере же того, как немецкая авиация утрачивала явное превосходство в воздухе, эффективность Ju.87 неуклонно снижалась. Главное его достоинство – высокая точность бомбометания, не имеющая аналогов при полигонных испытаниях, в условиях активного противодействия ПВО противника оказалась хотя и достаточно высокой, но уже далеко не настолько выдающейся. Наглядным примером могут служить действия люфтваффе против группировки советского флота на рейде Финского залива в сентябре 1941 года. Хотя в итоге немецкими бомбардировщиками были нанесены существенные повреждения ряду кораблей, в том числе линкору «Октябрьская революция», а линкор «Марат» удалось затопить, подобный успех был достигнут лишь в результате привлечения в течение нескольких дней нескольких групп (нем. Gruppe – формирование люфтваффе, аналогичное советскому авиаполку) пикировщиков Ju.87 и Ju.88, причем из 450 бомб, сброшенных на линкор «Октябрьская революция», в цель попали лишь шесть, несмотря на значительные габариты целей.
При этом, как и в ряде других эпизодов, упоминаемых в качестве примера успешных действий Ju.87, они, как правило, применялись совместно с более современными бомбардировщиками «Юнкерс» – Ju.88, имевшими, кроме того, большую бомбовую нагрузку.
Достаточно ощутимым для люфтваффе, уже ощущавших дефицит как боевой техники, так и квалифицированного летного состава, стал и уровень потерь. Хотя при этом следует заметить, что он оставался не выше, чем потери штурмовиков в РККА, но для германских ВВС это было уже неприемлемо.
Одной из попыток найти самолету новое применение стало использование его в роли штурмовика. Базовой модификацией для этой цели был избран разрабатывавшийся еще с 1940 года Ju.87D, создававшийся под 1400-сильный двигатель Jumo-211J и получивший усиленную защиту экипажа благодаря установке 4–8 мм брони и бронестекла. Самая массовая модификация «штуки» – Ju.87D-3, появившийся к концу 1942 года – получила дополнительное бронирование кабины, защиту маслорадиаторов и бензобаков, при этом сохранив воздушные тормоза. Последующие модификации – D-5 (частично) и D-7 – уже не имели тормозных решеток и использовались преимущественно в качестве штурмовиков. Характерной особенностью стала также установка отстреливаемых – с учетом частых вынужденных посадок – стоек шасси. Ночной штурмовик Ju.87D-7 получил также 1500-сильный мотор Jumo-211P, оборудованный пламегасителями. Штурмовые модификации «штуки» получили и усиленное вооружение – вместо крыльевых пулеметов были установлены 20-мм пушки MG 151/20, кроме того, на крыльевых держателях могли дополнительно подвешиваться контейнеры MG FF с 20-мм пушками или WB-81, в которых устанавливалось по три 7,9-мм пулемета МG 81.
В начале 1943 года на фронте появился специализированный противотанковый штурмовик Ju.87G, оснащенный двумя подкрыльевыми контейнерами с 37-мм пушками BK 3.7, созданными на основе 37-мм зенитной пушки FlaК 18. Однако эффективность «Kanonenvogel» («Птички с пушкой») оказалась гораздо ниже ожидаемой. Пробить броню башни Т-34 подкалиберный снаряд ВК 3,7 мог с дистанции до 180 м, а поразить борт с расстояния до 400 м, при применении бронебойного снаряда дистанция еще более сокращалась, таким образом, на открытие огня у летчика оставалось 1,5–4 секунды, при этом из-за отдачи разнесенных на 4,4 м тяжелых орудий фактически прицельным могли быть лишь один-два выстрела, да и само прицеливание было непростой задачей. Кроме того, вес и габариты пушечных контейнеров существенно сказались на летных данных и уже не позволяли пикировать при углах более 10–12°. Как показали проведенные в в НИИ ВВС СССР испытания, в условиях реального боя вероятность поражения танка Т-34 составляла 2–3 %.
Хотя в качестве примера эффективности Ju.87G часто упоминается имя единственного кавалера высшей награды Третьего рейха – Рыцарского креста с золотыми дубовыми листьями, мечами и бриллиантами – оберста (полковника) Ганса-Ульриха Руделя, которому приписывают уничтожение, помимо прочих целей, 519 советских танков, эти данные вызывают большие сомнения, в частности по причине несоответствия докладов Руделя реальным потерям советских бронетанковых войск. В целом эффективность люфтваффе в борьбе против танков оказалась невысокой – в среднем лишь около 6 % общих потерь советской бронетехники приходится на действия немецкой авиации, включая удары бомбардировщиков. В итоге противотанковые «штуки» поступили на вооружение лишь нескольких штаффелей (аналог советской эскадрильи), а общая численность выпуска составила около 300 машин (в том числе около 100 G-1, переоборудованных из серии D, и 208 построенных G-2). К осени 1944 года Ju.87G оставались в составе лишь одной группы III/SG2 и двух штаффелей 10.(Pz) /SG2 и 10.(Pz) /SG77, а остававшиеся в строю Ju.87 прочих модификаций использовались преимущественно а качестве ночных бомбардировщиков.