В начале октября 1941 года немецким командованием была спланирована воздушная операция с целью нанесения удара по войскам Западного фронта, а также по промышленным и авиационным центрам, железнодорожным узлам, мостам, переправам, штабам, станциям снабжения, находящимся в полосе этого фронта. Но о подготовке этой операции заблаговременно стало известно советскому командованию.

10 октября 1941 года Ставка ВГК отдала директиву командующему ВВС РККА, в которой указывалось, что, по агентурным данным, 12–13 октября 1941 года по всему Западному фронту противник предполагает произвести массированный налет авиации. В связи с этим было приказано командующему ВВС РККА в ночь на 12 октября, утром и днем 12 октября организовать решительное уничтожение немецкой авиации на аэродромах Северо-Западного, Западного и Юго-Западного направлений, а также принять меры по рассредоточению своих самолетов на аэродромах и усилить готовность средств ПВО к отражению налетов вражеской авиации.

В соответствии с полученной директивой командованием и штабом ВВС Советской Армии в срочном порядке был разработан план действий ВВС по уничтожению самолетов противника на аэродромах на период с 11 по 18 октября. Для решения этой задачи привлекались соединения дальнебомбардировочной авиации и ВВС Северо-Западного, Западного, Брянского, Юго-Западного и Южного фронтов.

По своему размаху, привлекаемым силам и достигнутым результатам это была самая крупная воздушная операция советских ВВС 1941 года. Результаты ее были весьма высокие. Командующий ВВС доложил в Ставку ВГК: «ВВС Красной Армии в период с 11 по 18 октября 1941 г. произвели ряд бомбардировочных ударов по аэродромам противника на северо-западном, западном и южном направлениях. Только за два дня (11 и 12 октября) и в ночь на 13 октября на аэродромах Витебска, Смоленска, Орла, Орши, Сиверской, Н. Дугина и других было уничтожено 166 самолетов. А всего с 11 по 18 октября на аэродромах уничтожено, по неполным данным, не менее 500 вражеских самолетов... Ударами по аэродромам нанесено крупное поражение вражеской авиации, в результате чего сорван намечавшийся ею массированный удар».

Осенние дожди и приближение зимы создали немалые трудности для работы немецкой авиации с временных полевых аэродромов. Приходилось тяжелую авиацию держать в глубоком тылу, а легкую – ближе к линии фронта. В результате этого частым стало нарушение взаимодействия между бомбардировочной и истребительной авиацией, стало намного труднее массировать силы авиации для нанесения крупных авиационных ударов.

В октябре немецкая авиация произвела 31 налет на Москву. В них участвовало около 2 тысяч самолетов, но прорваться к объектам бомбометания смогли всего 72. При отражении налетов в воздушных боях и огнем зенитной артиллерии было сбито 278 самолетов.

В начале ноября 1941 года Ставка ВГК, придавая большое значение завоеванию оперативного господства в воздухе на московском направлении, приказала командующему ВВС Советской Армии с 5 по 8 ноября провести воздушную операцию по уничтожению немецкой авиации на аэродромах. Для проведения этой операции предлагалось привлечь от ВВС Калининского фронта 32 самолета, от ВВС Западного – 46, от ВВС Брянского фронта – 56, от авиации Московской зоны обороны – 32, от дальнебомбардировочной авиации – 80 и от 81-й отдельной бомбардировочной дивизии ВГК – 54 самолета, всего 300 боевых самолетов, которые должны были нанести одновременный удар по 19 аэродромам.

В соответствии с этим планом 5 ноября ударам подверглись 13 немецких аэродромов, 6 и 7 ноября – 15, а 12 и 15 ноября были повторно нанесены удары по 19 аэродромам. В результате было уничтожено и повреждено более 100 и сбит в воздушных боях 61 самолет.

К началу контрнаступления под Москвой на первые числа декабря 1941 года советские войска уже превосходили немецкие по количеству авиации (1200 боевых самолетов против 700 машин). Это превосходство было эффективно использовано в ходе боевых действий.

В целом же интенсивность боевых действий немецкой авиации на Восточном фронте в 1941 году при ее средней численности порядка 2500 самолетов составляла примерно 1200 самолето-вылетов в день, а в периоды повышенной активности боевых действий достигала 2000 самолето-вылетов.

В результате поражения под Москвой, продолжительных боев на других участках советско-германского фронта к весне 1942 года численность немецкой авиации, действующей на Востоке, сократилась до 1700 боевых машин.

Весной и летом 1942 года основные усилия немецкой авиации были сосредоточены на южном крыле советско-германского фронта. Все время, пока немецкие войска быстро наступали вдоль Дона от Воронежа в направлении Сталинграда и из района Ростова на Кавказ в направлении Майкопа и Армавира, значительная часть их дальней бомбардировочной авиации участвовала в налетах на коммуникации в тылу противника. Эти операции охватывали обширный район, включая Северный Кавказ. Массированным ударам подвергались мосты, паромные переправы, железные дороги, а также коммуникации в более глубоком тылу советских войск, порты Черноморского побережья Кавказа вплоть до Поти. Даже предпринимались в небольших масштабах попытки минирования Волги и подвергались ударам с воздуха суда на Волге до самой Астрахани.

В самом наступлении на Сталинград участвовало от 500 до 600 самолетов всех типов. Авиационные налеты на город совершались группами по 9–10 самолетов и следовали один за другим. Но такой режим привел только к сильному истощению экипажей и резкому понижению качества бомбометания. В воздушных же боях успех, как правило, еще был на стороне немецких летчиков.

Окружение немецкой 6-й армии под Сталинградом и последовавшее за ним практически полное окружение 17-й армии на Кубани поставило перед Люфтваффе еще одну серьезную задачу: снабжение попавших в окружение войск по воздуху. Для этого бомбардировщики Хе-11 были сняты с боевых заданий и переданы транспортной авиации. При выполнении транспортных задач они понесли большие потери. Для прикрытия транспортных эшелонов пришлось выделить дополнительно большое количество истребителей, ослабив поддержку наземных войск. Все это в целом привело к новым большим потерям авиации и заметному снижению ударной мощи Люфтваффе. В боевой строй начали поступать даже самолеты устаревших конструкций, а подготовка пилотов по срокам была сокращена до трех месяцев.

Кампания 1942 года показала, что Люфтваффе, несмотря на потери, продолжали жестко следовать традиционной тактике массированных ударов, направленных на непосредственную поддержку танковых частей. Но в отличие от кампаний, проведенных немцами на Западе, на Восточном фронте этот подход себя не оправдывал. Причиной тому послужила огромная протяженность фронта, при которой добиться решительного массирования сил на избранном направлении было очень трудно.

После 1942 года перед руководством Германии остро встал вопрос о необходимости перехода от наступательной стратегии к оборонительной. Это коснулось и Люфтваффе, которые ощущали недостаток в материальной части, авиационном топливе и кадрах. Сроки подготовки немецких летчиков пришлось сократить, в результате чего их боевые качества начали неуклонно снижаться.

В то же время немецкая авиация нашла в себе силы провести воздушную операцию во время очередного контрнаступления советских войск в районе Харькова (21 февраля – конец марта 1943 года). В этой операции участвовали соединения 1-го и 4-го авиационных корпусов. Авиация удары наносила как самостоятельно (по собственному плану), так и для поддержки наземных войск. Для этого корпусам приходилось совершать в январе около 350 самолето-вылетов в день, а в феврале их количество возросло до 1000–1250.

В начале апреля 1943 года началось воздушное сражение в небе над Кубанью. В него были втянуты значительные силы советской и немецкой авиации. Однако, несмотря на масштабы и активность действий сторон, бои носили тактическое значение. Тем не менее борьба за кубанское небо завершилась победой советских ВВС.