Задолго до операции для обеспечения бомбардировщиков и штурмовиков к ним были прикреплены истребительные авиасоединения. Боевые действия 3-го бак должны были обеспечивать истребители 6-го иак, 2-й гвардейской шад - 283-я иад, 299-й шад - 286-я иад; 6-й сак имел в своем составе истребительную авиадивизию.

Основным способом прикрытия бомбардировщиков и штурмовиков избиралось непосредственное сопровождение их до цели, иад целью и при возвращении. Кроме того, в зависимости от воздушной обстановки предполагалось заранее высылать группы истребителей в район действий наших бомбардировщиков и штурмовиков с целью сковывания истребителей противника.

В марте авиация противника перед Центральным фронтом особой активности не проявляла. Это позволило к началу апреля отвести основной состав 16-й воздушной армии на тыловые аэродромы (на удаление 80 - 200 км от линии фронта) для приведения в порядок авиационной техники, боевой подготовки и ввода в строй молодого летного состава. Необходимость отвода авиасоединений вызывалась также и весенней распутицей, когда многие передовые аэродромы на продолжительный срок становились непригодными для базирования авиации.

В связи с малой активностью войск обеих сторон на передовых аэродромах были оставлены лишь 283-я иад и гвардейские 79-й шап и 44-й нбап. На них возлагались следующие задачи: отражение налетов авиации противника и прикрытие своих войск, периодические вылеты на штурмовку по вызову с передовых КП, действия ночью по нарушению перевозок противника и ведение разведки. Оперативную воздушную разведку вели 16-й одрап и эскадрилья 98-го гвардейского одрап ВГК со своих аэродромов.

В ходе боевой подготовки с летным и техническим составом главное внимание было уделено повышению боевой выучки и овладению в совершенстве эксплуатацией авиационной техники, а также изучению опыта боевых действий лучших экипажей. Личный состав 286-й иад переучивался на новом самолете Ла-5, который превосходил фашистские истребители по скорости на 40 - 80 км/час, а также по вертикальному маневру.

Во всех авиационных частях и соединениях состоялись конференции летного и технического состава, после чего командование воздушной армии провело двухдневный сбор командиров и начальников штабов авиасоединений. На сборе были заслушаны доклады генерала С. И. Руденко "Наши задачи на весенне-летний период 1943 года" и командиров 3-го бак, 2-й гвардейской шад и 1-й гвардейской иад "О боевом применении бомбардировщиков, штурмовиков и истребителей и взаимодействии между ними".

В апреле 1943 г. 16-я воздушная армия произвела 1601 боевой самолето-вылет, при этом летчики провели 13 воздушных боев, в которых сбили 4 самолета противника, на земле уничтожили и повредили 6, потеряв 4 своих самолета.

В начале мая авиасоединения воздушной армии перебазировались на передовые аэродромы, где продолжалась боевая подготовка. При этом главное внимание уделялось освоению тактики ВВС и авиационной техники, совершенствованию штурманской и воздушно-стрелковой подготовки. Летная тренировка была целеустремлена на шлифовку техники пилотирования, улучшение слетанности боевых порядков звеньев и эскадрилий при выполнении различных задач, отработку приемов ведения воздушного боя, особенно группового. С молодыми летчиками осваивался район боевых действий и производился его облет. Летный состав изучал наземного и воздушного противника.

Политотделы армии и авиасоединений, а также партийные и комсомольские организации в период подготовки к операции провели большую работу по мобилизации всего личного состава на успешное выполнение боевых заданий командования. Командиры и политработники разъясняли авиаторам положение на фронтах, популяризировали боевой опыт армии в прошедших боях, организовывали встречи молодежи с бывалыми летчиками и штурманами.

Командование, политоргаиы, партийные и комсомольские организации воспитывали у личного состава неудержимый наступательный порыв и готовность любой ценой выполнить поставленные задачи.

Инженерно-технический состав авиасоединений, частей и ремонтных органов армии организовал четкую работу по восстановлению и ремонту авиационной техники. Авиаспециалисты работали, не считаясь со временем. В результате число исправных самолетов достигло 91% от наличного состава.

Части авиационного тыла воздушной армии в течение апреля - июня 1943 г. также усиленно готовились к предстоящей операции. К началу ее тыловые органы состояли из 30 бао, объединенных в 5 (21, 56, 75, 79 и 80-й) РАБ, 4 инженерно-аэродромных батальонов, 3 аэродромно-технических батальонов, 4 головных авиационных складов, 9 полевых авиаремонтных мастерских, одной стационарной авиамастерской, 14 аэродромно-технических команд, одной автомастерской и одной транспортной авиаэскадрильи. Все бао были укомплектованы личным составом на 90-100% и на две трети автотранспортом и специальными машинами.

В границах воздушной армии имелось 128 аэродромов (около одной трети было занято авиацией) и 9 площадок для самолетов По-2, что вполне обеспечивало боевую деятельность авиасоединений и частей. Аэродромы истребителей, штурмовиков и ночных бомбардировщиков находились на удалении 25 - 35 км от линии фронта, а дневных бомбардировщиков - на удалении 60 - 70 км. Искусственные покрытия имелись на 8 аэродромах. На большей части аэродромов были построены землянки, КП и укрытия для самолетов. Естественной маскировкой обеспечивались две трети аэродромов.

Кроме действующих было подготовлено до 50 ложных аэродромов с 240 макетами самолетов. В период подготовки к операции они 61 раз подвергались налетам авиации противника.

Созданные запасы горючего и боеприпасов могли обеспечить боевые действия воздушной армии в течение 8 - 9 дней. Кроме того, имелся трехдневный неприкосновенный запас.

С мая 1943 г. боевая деятельность 16-й воздушной армии активизировалась. К ней были привлечены все авиасоединения и части. Наряду с боевой подготовкой армия прикрывала войска фронта, железнодорожный узел Курск, участок дороги Курск - Касторное и свои аэродромы, вела воздушную разведку, уничтожала авиацию противника в воздухе и на аэродромах орловского аэроузла, действовала по войскам, обнаруженным воздушной разведкой, бомбардировала железнодорожные станции и перегоны.

Прикрытие сухопутных войск, как правило, осуществлялось путем вылетов на отражение авиации противника из положения "дежурство на аэродроме", по вызову с передовых КП командиров 6-го иак и 1-й гвардейской иад. В некоторых случаях прикрытие войск велось патрулированием. Так было, например, в июне при проведении войсками 13-й армии частной операции.

Прикрытие железнодорожных узлов Курск, Касторное и участка дороги между ними выполнялось периодическим патрулированием одной-двух пар истребителей, а также вылетами на отражение вражеской авиации дежурящих на аэродромах звеньев, эскадрилий и полков.

Свои аэродромы прикрывали постоянно дежурящие в готовности No 1 пары и четверки истребителей. По данным постов ВНОС или "по-зрячему" (по сигналу с КП полка) они поднимались в воздух. Вслед за дежурными экипажами при необходимости взлетал и основной состав эскадрилий и полков.

На перехват бомбардировщиков противника истребители вылетали группами из двух-трех и более звеньев. Эшелонируя полет по высотам, они частью сил сковывали боем вражеские истребители прикрытия, а главными силами атаковали бомбардировщики.

Разведка немецко-фашистских войск и авиации на основных направлениях велась целеустремленно, чтобы вскрыть намерения немецкого командования. Уже к середине мая воздушные разведчики в районе Орла и Кром установили сосредоточение свыше 900 танков и до 1500 автомашин противника, а на 16 аэродромах этого направления - свыше 580 вражеских самолетов. Было ясно, что противник готовит удар со стороны Орла на юг. Только в июне из 6060 боевых самолето-вылетов на разведку было произведено 1660.

Тактическая воздушная разведка днем выполнялась в основном парами и четверками истребителей. В зависимости от обстановки и района разведки состав группы иногда увеличивался до эскадрильи. Во многих истребительных авиадивизиях были выделены лучшие эскадрильи, которые занимались главным образом разведкой и редко привлекались для выполнения других боевых задач. В июне истребителями впервые была применена аэрофотосъемка, которая дала хорошие результаты. Разведка ночью выполнялась экипажами самолетов По-2. Оперативную разведку вел 16-й одрап и выделенные экипажи бомбардировщиков на самолетах Пе-2. Результаты аэрофотографирования были использованы при изготовлении карт-бланковок для войск.