С предельным напряжением работали штабы воздушной армии и авиационных дивизий, управляя боевыми действиями, организовывая бесперебойное материально-техническое и боевое обеспечение. Одновременно им приходилось заниматься отправкой в тыл на укомплектование частей, понесших потери в проведенных боях, приемкой пополнения, распределением, размещением и устройством новых полков на аэродромах базирования. Например, прибывшая 234-я истребительная авиационная дивизия была расформирована. Два ее полка, в том числе 9-й гвардейский истребительный авиационный Одесский Краснознаменный полк под командованием Героя Советского Союза майора Л. Л. Шестакова, включились целиком в состав армии, остальные поэкипажно шли на пополнение других частей. Четыре отдельных истребительных полка были введены в боевой состав 206, 220, 268 и 235-й истребительных авиационных дивизий, а в тыл на переформирование направлены 181-й, 420-й истребительные и 92-й бомбардировочный авиаполки. Из 90-й и 91-й разведывательных авиаэскадрилий начал формироваться 8-й отдельный разведывательный авиационный полк.
24 июня в состав 8-й воздушной армии прибыла из 4-й воздушной армии 221-я бомбардировочная авиационная дивизия в составе 57, 794 и 860-го бомбардировочных авиационных полков (командир дивизии Герой Советского Союза полковник И. Д. Антошкин). Приему этой дивизии, вооруженной самолетами Б-3, было уделено особое внимание. Ввод ее в бой проходил под руководством заместителя командующего воздушной армией генерал-майора авиации С. И. Руденко. Для экипажей была разработана специальная тактика действий. Первые боевые вылеты должны были производиться на высотах не ниже 2000-3000 м группами но шесть самолетов с интервалом 7-8 минут под усиленным истребительным прикрытием. К целям и обратно эти группы вели опытные экипажи на самолетах Пе-2. Воздух в районе целей предварительно расчищался от истребителей противника.
Эффективность боевого применения бомбардировщиков была высокой. Экипажи действовали в боях решительно и отважно. Только за одну неделю, с 29 июня но 4 июля 1942 г., ими было совершено несколько героических подвигов. В воздушных боях бомбардировщиками было сбито восемь истребителей Ме-109, Хе-113 и Ме-110. 11 июля при нанесении бомбардировочного удара но вражескому аэродрому в Марьевке огнем зенитной артиллерии был подбит экипаж сержанта И. И. Девиченко. На самолете загорелся и отказал левый мотор, нарушилось управление, был убит воздушный стрелок сержант И. Я. Ежов. Экипаж, теряя высоту, сбросил бомбы на колонну автоцистерн с горючим. Сильный взрыв опрокинул самолет, и он с креном упал среди холмов, поросших лесом, подалеко от аэродрома. Летчик Девиченко, штурман старший сержант В. В. Журавлев и стрелок-радист младший сержант Н. М. Мысиков сумели выбраться из горящего самолета, укрылись в лесу и 25 июля возвратились в часть, где их уже считали погибшими.
А между тем обстановка на Юго-Западном фронте продолжала осложняться. За три дня боев немецко-фашистские войска, имея численное превосходство, продвинулись в восточном направлении на 80 км и вышли на участке Старый Оскол, Волоконовка к западному берегу Оскола. Ставка Верховного Главнокомандования потребовала задержать во что бы то ни стало наступающие войска противника на западном берегу этой реки. Командующий 8-й воздушной армией 2 июля приказал максимальное количество ударов нанести но танковым и моторизованным колоннам противника, уничтожая живую силу и боевую технику врага на подходах к реке и на переправах. Было решено производить на каждом исправном самолете в день не менее четырех вылетов для бомбардировщиков, пяти для штурмовиков и семи для истребителей. На самолеты ЛаГГ-3 предписывалось подвешивать при каждом вылете бомбы ФАБ-50 и сбрасывать их на обнаруженные цели с пикирования. В штурмовых авиационных частях предстояло подвешивать на каждый самолет не менее шести бомб ФАБ-50 или же пяти ФАБ-100.
Выполняя приказ командующего, части воздушной армии мобилизовали все свои возможности, подготовив к боевым действиям 217 самолетов. За день они совершили 570 боевых самолето-вылетов, в результате которых было уничтожено и выведено из строя 42 танка противника, 137 автомашин с войсками и грузами, 4 автоцистерны с горючим, рассеяно и частично уничтожено до 300 вражеских солдат и офицеров, разрушена переправа через Оскол. В воздушных боях противник потерял 13 самолетов.
В последующие дни напряжение боевых действий не ослабевало. Войска Юго-Западного фронта самоотверженно отражали наступление противника, но численное превосходство врага поставило их в крайне тяжелые условия. но приказу Ставки Верховного Главнокомандования в ночь на 7 июля начался отвод войск на оборонительный рубеж, находившийся в 120-140 км от Острогожска. В связи с этим для 8-й воздушной армии создалась особенно тяжелая обстановка. В условиях стремительного продвижения войск противника предстояло, не прекращая боевого воздействия но врагу, осуществить организованное перебазирование не только самолетов и личного состава, но и авиационного горючего, боеприпасов, авиатехнического имущества и других материально-технических средств.
Было неимоверно трудно и опасно. Каждая авиационная часть находилась на своем аэродроме почти до появления передовых отрядов вражеских войск, как это случилось на аэродроме Острогожск. Самолеты 206-й истребительной дивизии взлетели ужо при начавшемся артиллерийском и минометном обстреле. В сложном положении оказалась и 272-я ночная бомбардировочная дивизия. Она получила приказ на перебазирование ночью 7 июля. Ее части в это время вели разведку и смогли начать перебазирование лишь в 7 часов утра, когда танки и мотопехота противника находились уже в 20- 25 км от дивизионного аэродромного узла Сагуны.
Не менее сложным было перебазирование штаба армии. В Валуйках он находился до выхода гитлеровских войск в район Ефремовки. Через день-два они могли занять и Валуйки. Учитывая эту опасность, штаб 29 июня перебазировался в Россошь, от Валуек более чем на 100 км восточное. Здесь пришлось работать особенно напряженно. Штаб армии руководил одновременно и боевыми действиями соединений и частей, и их передислокацией в новые, более безопасные для базирования районы. 6 июля передовые части немецко-фашистских войск внезапно появились на подступах к Россоши, пройдя за день около 80 км от Острогожска, где они до этого сосредоточивались для развития наступления в направлении большой излучины Дона. Свернув но тревоге свою деятельность, погрузив документы и имущество на автомашины, работники штаба переправились на восточный берег Дона. Вскоре штабная колонна, как было приказано, вышла в район Калача (Воронежского). Неподалеку, у Гороховатки, был развернут и командный пункт командующего.
