Первым доставил продовольствие и боеприпасы в осажденный Ленинград командир транспортного самолета К. А. Бухаров²⁹⁴. Вслед за ним приземлили свои машины другие летчики. Метеорологические условия в ту зиму были очень сложными, но полеты не прекращались ни на один день. Уже в сентябре 1941 г. транспортная авиация совершила в Ленинград 258 самолето-вылетов и доставила 502 т срочных грузов. А с 10 октября по 25 декабря 1941 г. она доставила защитникам и жителям города Ленина свыше 6,2 тыс. т грузов, в том числе 4,3 тыс. т высококалорийных продуктов, а также значительное количество боеприпасов и других снабженческих грузов. По заданию ГКО военно-транспортная авиация вывезла из Ленинграда свыше 50 тыс. человек, в том числе 29 608 квалифицированных рабочих и специалистов, 13 208 раненых солдат и офицеров и 7119 тяжелобольных жителей города²⁹⁵.

В ноябре 1942 г. все особые авиационные группы транспортной авиации были переформированы в отдельные авиационные полки, а отряды — в отдельные эскадрильи. Что касается Московской особой авиационной группы, то она была преобразована в 1-ю авиатранспортную дивизию. К осени 1942 г. на фронтах действовало 15 отдельных авиационных частей²⁹⁶. Для ремонта самолетов в полевых условиях были созданы подвижные авиаремонтные мастерские Гражданского воздушного флота, придававшиеся фронтовым авиационным частям. Главное управление ГВФ было включено в состав НКО. Проведенная реорганизация устранила недостатки в штатно-организационной структуре и разнобой в составе и оснащении частей и завершила превращение разнотипных «особых авиагрупп» Гражданского воздушного флота в регулярные части военно-транспортной авиации, что значительно повысило эффективность ее работы по доставке материальных средств войскам фронтов.

Неоценимую помощь транспортная авиация оказала героическим защитникам осажденного Севастополя. Только на завершающем этапе обороны города, в период 21 июня — 1 июля 1942 г., двадцатью самолетами Ли-2 Московской особой авиагруппы было произведено 229 вылетов в Севастополь, в том числе 110 вылетов с посадкой. За это время защитникам города было доставлено 220 т боеприпасов и продовольствия и одновременно вывезено 2162 человека. Последним рейсом вылетели штаб Черноморского флота и руководители партийной организации города.

Большой объем работ выполнила военно-транспортная авиация в период оборонительного сражения и подготовки контрнаступления под Сталинградом. Когда в ноябре на Волге начался ледостав и работа переправ прервалась, основным средством доставки грузов войскам Сталинградского фронта стали самолеты По-2. Пилоты 6-го и 7-го отдельных авиационных полков 1-й транспортной авиационной дивизии (В. Т. Сидорчук, М. Г. Гаранин, Н. В. Маркин и другие) днем и ночью, в любую погоду, под огнем зенитной артиллерии и истребителей противника, доставляли войскам боеприпасы, горюче-смазочные материалы, продовольствие. Всего за время Сталинградской битвы самолеты военно-транспортной авиации совершили 46 041 самолето-вылет, перевезли 30 992 человека личного состава войск, доставили войскам фронтов 2587 т материальных средств²⁹⁷.

Самолеты военно-транспортной авиации обеспечивали также соединения и части армий Закавказского фронта, оборонявшие осенью и зимой 1942/43 г. Главный Кавказский хребет. Здесь не было автомобильных дорог, за исключением Военно-Грузинской и Военно-Сухумской, а имевшиеся горные тропы занесло снегом. С начала сентября и до конца 1942 г. только на сухумском направлении для 394-й стрелковой дивизии 46-й армии, которая вела оборонительные бои на Марухском и Клухорском перевалах, самолеты транспортной авиации доставили 1271 т снабженческих грузов, в основном боеприпасов, продовольствия и медицинского имущества, 582 человека пополнений и эвакуировали более 700 человек раненых и обмороженных²⁹⁸.

С помощью самолетов военно-транспортной авиации оказывалась большая помощь партизанам и в значительной мере осуществлялось руководство партизанским движением. Каждый авиационный полк фронтовой транспортной авиации Гражданского воздушного флота обычно имел у партизан своих представителей, которые руководили работами по подготовке посадочных площадок, принимали и отправляли самолеты. В 1942 г. была установлена прямая связь между авиационными полками Гражданского воздушного флота и партизанскими соединениями. С этого времени фронтовая военно-транспортная авиация поддерживала регулярные сообщения с партизанами, действовавшими на Украине, в Белоруссии, Крыму, Брянских лесах, Орловской, Смоленской, Ленинградской областях и на территории Карельской АССР. В течение 1942 г. для обеспечения партизан было осуществлено свыше 3 тыс. самолето-вылетов фронтовой транспортной авиацией, в результате которых доставлено 627 т снабженческих грузов и 2385 военнослужащих, а также вывезено из партизанских районов 3159 человек, в том числе 2046 раненых²⁹⁹.

В 1942 г. транспортная авиация Гражданского воздушного флота осуществляла большие воздушные перевозки в глубине страны в интересах военного производства. Решающее значение в народнохозяйственных воздушных перевозках имели линии, связывавшие крупнейшие центры военной промышленности, Урал, Поволжье и Москву. Удельный вес грузовых перевозок транспортной авиацией на этих линиях возрос в 1942 г. до 70,1 процента против 46,6 процента в 1940 г.³⁰⁰ Транспортная авиация перевозила главным образом шарикоподшипники и различные остродефицитные детали с заводов-смежников на танкостроительные заводы и другие ведущие предприятия военной промышленности.

Таким образом, в 1942 г. объем воинских перевозок фронтовой транспортной авиацией Гражданского воздушного флота значительно возрос по сравнению с 1941 г. При этом удельный вес полетов в тыл врага увеличился в 12 раз. Примечательно, что, несмотря на резкое увеличение этих полетов, среднемесячные потери транспортных самолетов в результате их перевооружения, установки бронеспинок и повышения мастерства летчиков уменьшились в 2 раза.

Во втором периоде войны численность самолетного парка и грузоподъемность военно-транспортной авиации значительно возросли. К концу 1943 г. она имела 992 самолета общей грузоподъемностью 428 т³⁰¹. Органы всех звеньев тыла приобрели необходимый опыт организации перевозок воздушным транспортом, улучшилось взаимодействие военно-транспортных частей с обеспечиваемыми войсками. Все это способствовало более широкому применению воздушного транспорта. Успешное использование военно-транспортной авиации во втором периоде войны во многих случаях позволило преодолеть критические ситуации в снабжении войск и медицинской эвакуации. В декабре 1942 г., когда танковые соединения Сталинградского фронта, выдвигавшиеся для отражения контрудара котельнической группировки противника, оказались на марше без горючего, оно было доставлено им воздушным транспортом. В январе 1943 г. в ходе Ростовской наступательной операции подвижным частям Южного фронта по воздуху было подано свыше 900 т материальных средств, в том числе около 700 т горючего. В оборонительном сражении под Курском военно-транспортная авиация доставила войскам с центральных складов подкалиберные снаряды, необходимые для отражения атак тяжелых танков противника. Всего в битве под Курском только для войск Центрального фронта воздушным транспортом было подвезено 1525 т материальных средств³⁰².

Более чем в три раза по сравнению с 1942 г. увеличилось и количество полетов к партизанам. В течение 1943 г. самолеты ГВФ доставили им свыше 2,5 тыс. т различных грузов³⁰³. Большую помощь партизанам оказывала также боевая авиация фронтов и авиация дальнего действия, которые иногда проводили и оперативные переброски партизанских частей. Так, в марте 1943 г. на Ленинградском фронте в районы Луги и Новгорода была переброшена по воздуху партизанская бригада в составе 430 человек для диверсий на железнодорожном транспорте³⁰⁴.