В свою очередь, и советские ВВС время от времени совершали рейды против аэродромов люфтваффе, и особенно часто подвергался ударам с воздуха аэродром Шаталово под Смоленском, пользующийся плохой репутацией у немецких пилотов. Там они запросто могли погибнуть или получить ранение на земле. В одном из удачных налетов на аэродром Шаталово участвовали 9 Ил-2 из 215-го ШАП, которые 13 августа под прикрытием 7 ЛаГГ-3 из 129-го ИАП сожгли на земле около 20 вражеских самолетов. Еще два немецких самолета сбили на взлете истребители ЛаГГ-3.

Удачно разместилась на аэродромах в сосновом лесу возле Андреаполя смешанная авиадивизия под командованием полковника С.И. Руденко, прибывшая 22 июля на Западный фронт с Дальнего Востока. Она состояла из 427-го СБАП и 29-го ИАП, и первое время действовала практически безнаказанно, так как немцы не ожидали появления в этом районе советских самолетов. Девятки бомбардировщиков СБ не только бомбили вражеские войска северо-восточнее Великих Лук, но нередко занимались и штурмовкой, гоняясь даже за отдельными машинами. Лишь спустя десять дней немцы обнаружили эти аэродромы и нанесли точный удар пикировщиками Ju 87 как раз в тот момент, когда три эскадрильи 427-го СБАП готовились к боевому вылету. В результате полк понес значительные потери.

В августе 427-й СБАП продолжал активную боевую деятельность. Его экипажи иногда поднимались в воздух по 2–3 раза в день. 22 августа девятка СБ под командованием майора Лаврова удачно бомбила немецкий аэродром в Демидове, где находилось до сотни самолетов люфтваффе. В качестве истребителей сопровождения использовались 4 И-16 и 2 МиГ -3 из 29-го ИАП. Немецкие истребители подняться не успели, и поэтому потери составили всего два подбитых зенитным огнем СБ, совершивших на обратном пути вынужденные посадки. Однако в следующем налете на этот аэродром 427-й полк лишился четырех самолетов, сбитых Bf 109. Два экипажа пропали без вести, а два вернулись в свою часть через две недели. По данным разведки, на аэродроме в Демидово было уничтожено на земле 17 немецких самолетов.

Один из самых тяжелых боевых вылетов бомбардировщиков 427-го авиаполка состоялся 23 августа, когда немцы силами 40-го моторизованного корпуса перешли в наступление на Великие Луки. В этот дождливый день нижняя кромка облаков располагалась всего лишь в 200 м от земли, и поэтому восьмерка СБ полетела без прикрытия. Немецкие войска были обнаружены в лесу около Великих Лук — он весь был забит боевой техникой. Бомбардировщики немедленно перешли в атаку, сбрасывая с небольшой высоты обычные и кассетные бомбы.

«Фашисты открыли ураганный огонь из всех видов оружия, — вспоминал командир звена СБ Шалва Кирия, — даже минометы стреляли по нам. Трудно передать это страшное зрелище. Высоко взметнувшийся огонь, дым, пыль; горело все на земле и в воздухе. С первого же захода пошел вниз самолет нашего ведущего — боевого друга и командира Ф. Лаврова. Я отчетливо видел, как объятая пламенем машина врезалась в скопление танков. Вместе с командиром погибли штурман эскадрильи Ю. Гуляев и стрелок-радист. Я, сбросив бомбы на голову врага, рванул штурвал на себя, вошел в тучи, взял курс на северо-восток… Еле дотянул до точки, с трудом приземлился; увидел еще один самолет, идущий на посадку. Я считал, что остальные уже на месте, но оказалось, что из восьми экипажей вернулись только три. Пять экипажей погибло — пятнадцать человек Вечером, на ужине, как это велось, наш коллектив отмечал большой траур. Столы были накрыты на весь летный состав. На столе на местах погибших товарищей стояло по 100 граммов водки и ужин. Каждый летчик, штурман, стрелок-радист подходил со своим стаканом с водкой и с веточкой полевых цветов к столу погибших товарищей, чокался и клал цветы на стол».

26 августа немецкие войска прорвали советскую оборону севернее Великих Лук и двинулись в направлении на Осташково. К этому времени в 427-м СБАП осталось всего четыре исправных СБ. 28 августа они нанесли под прикрытием четырех истребителей И-16 и И-153 бомбовый удар по железнодорожной станции Торопец и обратно уже не вернулись. 12 «мессершмиттов» перехватили советскую группу, связали боем истребители и сбили все бомбардировщики.

После двух месяцев боевых действий существенно улучшилось планирование операций советских ВВС, а также управление военными соединениями. Планы боевых действий фронтовой авиации теперь составлялись на 2–3 дня и включали в себя как оборонительные, так и наступательные задачи. Глубокое базирование аэродромов относительно линии фронта (базы истребителей располагались теперь в 40–50 км от фронта, а базы бомбардировщиков еще дальше), а также большая сеть запасных аэродромов способствовали уменьшению потерь от воздушных налетов врага. Кроме того, строились и ложные аэродромы с макетами самолетов.

Все большее значение командование Красной армии стало уделять массированному применению ВВС. Благодаря этому временами удавалось достигнуть локального господства в воздухе. Например, в период с 29 августа по 4 сентября 1941 года для разгрома 2-й танковой группы Гудериана, вышедшей на рубеж Почеп, Стародуб, Шостка и срыва ее дальнейшего наступления на Брянск, были привлечены объединенные силы авиации сразу трех смежных фронтов. Эти силы включали в себя 95 самолетов из состава ВВС Брянского фронта, 120 — из ВВС Фронта резервных армий, 54 — из ВВС бывшего Центрального фронта, а также 100 бомбардировщиков из состава авиации ДБА и 95 самолетов из 1-й резервной группы. Резервные группы были созданы соответствующим распоряжением НКО от 21 июля, находились в непосредственном подчинении Ставки ВГК и предназначались для использования в самостоятельных целях, либо для усиления фронтовой авиации. Обычно в резервную группу входили 4–5 полков различных родов ВВС. До начала сражения под Москвой были созданы 6 таких резервных групп смешанного состава. Всего для проведения одной из самых крупных советских воздушных операций начального периода Великой Отечественной войны было выделено 230 бомбардировщиков, 55 штурмовиков и 179 истребителей.

Большие надежды возлагал на эту операцию и лично И.В. Сталин, который 27 августа написал в соответствующей директиве: «Чтобы не дать противнику передышки и вообще опомниться, надо бить противника непрерывно, волна за волной, весь день с утра и до темноты».

Воздушным атакам подверглись не только моторизованные колонны противника, но и аэродромы базирования люфтваффе. Численный перевес в воздухе создавался также за счет увеличения количества самолето-вылетов советской авиации и применения аэродромов «подскока». Экипажам ТБ-3 планировалось по 2 вылета в ночь, экипажам СБ, Пе-2 и Ил-2 — по 3–4 вылета в день, а на истребители возлагалась предельная нагрузка — 6–7 вылетов в день. «Все летчики поднимались в воздух столько раз, сколько было нужно, — вспоминал НА. Козлов, сражавшийся на Брянском фронте на ЛаГГ-3 в составе 162-го ИАП. — Мы часто даже принимали пищу, не вылезая из кабины самолета. Иногда от перенапряжения шла из носа кровь».

В ночь на 30 августа первыми приступили к выполнению боевой задачи 23 бомбардировщика ТБ-3, а с рассвета и до полудня в боях приняли участие уже 320 советских самолетов. Вторая волна из 70 машин атаковала немецкие войска приблизительно в 14 часов, третья (140 самолетов) — в 16 часов, а следующая, четвертая волна, совершила налет уже ближе к вечеру. В промежутках противнику не давали покоя отдельные группы штурмовиков и бомбардировщиков. Всего в течение операции советские ВВС выполнили более 4000 самолето-вылетов и уничтожили, по советским данным, около 100 танков, более 800 автомобилей, 180–290 повозок, 20 бронемашин и значительное число живой силы врага. В воздушных боях было сбито 55 немецких самолетов при собственных потерях 42.