Первую победу Иван Федоров одержал 17 июня. После сигнала тревоги он вылетел на перехват группы бомбардировщиков, которых прикрывали новейшие немецкие истребители «Мессершмитт-109» из легиона «Кондор». В комплекте пилота не хватало парашюта, но летчик заметил его отсутствие уже в воздухе. Отважный пилот врезался в группу вражеских самолетов и, сманеврировав, длинной очередью сбил Ме-109. В личном деле за номером 8803 значится, что за время службы в Испании Федоров «совершил 286 боевых вылетов, провел 36 воздушных боев, в которых показал исключительные образцы воздушного боя». Сбил 24 самолета противника (11 лично и 13 в группе), дважды осуществил таран противника. Помимо награждения двумя орденами Красного Знамени Федоров в числе других отличившихся в боях был представлен к званию Героя Советского Союза. Однако его безупречную репутацию испортило участие в потасовке на праздничном банкете в Москве, которая возникла между танкистами и летчиками. Воины поспорили о важности роли родов войск, и Иван ввязался в драку.
После Испании Федорова направили сначала в Китай, а затем на Халхин-Гол.
Началась Великая Отечественная война, и Федоров обратился к командующему ВВС РККА с рапортом — направить его на фронт. Но его, имевшего за плечами большой опыт летчика-испытателя, отправили в Горький на завод № 21 работать ведущим пилотом. Там Федоров облетывал новые ЛаГГ-3, которые затем переправлялись прямиком на фронт. Рапорты бывалого летчика на имя директора завода и командования ВВС с просьбой отправить его на фронт оставались без ответа. Тогда Федоров решился на отчаянный шаг. В конце июля он совершил на новеньком истребителе три «мертвые петли», закончив смертельно опасные маневры под мостом через Оку. Охрана моста открыла огонь по хулигану, а он, попрощавшись по радио с друзьями, взял курс на запад, в 3-ю воздушную армию генерала Громова.
В подмосковном Монине Федоров посадил самолет для дозаправки. На аэродроме еще не знали об «угоне» и, заправившись без проблем, Иван продолжил полет в направлении Калинина. Посадку удалось совершить на крупном аэродроме с командным пунктом. Самолет обступили любопытные, встретил его и сам Михаил Громов на своем «кадиллаке» — подарке Рузвельта, который генерал получил в 1937 году за совершенный им беспосадочный перелет Москва — Калифорния через Северный полюс. «Товарищ генерал! Летчик-испытатель майор Федоров прибыл к вам для прохождения фронтовой практики!» — отрапортовал Иван. А в это время над аэродромом засекли вражеский разведчик Хе-111. Федоров сразу получил разрешение испытать «новый самолет в боевых условиях» и поднял машину в воздух. В течение короткого боя Федоров атаковал и сбил немца. Громов лично поздравил майора: «Будем считать, что ваша фронтовая практика началась».
В августе 1942 года в составе 3-й воздушной армии, воевавшей на Калининском фронте, был сформирован полк летчиков-штрафников. Это был беспрецедентный в то время шаг, на который командование фронта пошло для того, чтобы взять реванш над немецкой авиацией. В воздухе действовала группа немецких асов. Свои самолеты они украшали изображениями игральных карт всех мастей, за что наши летчики прозвали их «картежниками». Советская авиация несла реальные потери. Командующий 3-й воздушной армией генерал Громов предложил маршалу Коневу создать специальную группу из опытных летчиков, которым грозил штрафной батальон, и поставить перед ними задачу прикрыть от бомбежек советские войска и любой ценой уничтожить «картежников».
Громов осознанно брал на себя эту огромную ответственность. В середине августа на аэродром Башарово стали прибывать пилоты, в предписаниях которых значилось: «Направляется в группу истребителей-штрафников». Группа насчитывала 64 человека, оставалось определиться с командиром. Лучшие асы Андрей Боровых, Василий Зайцев и Анатолий Онуфриенко (впоследствии Герои Советского Союза) отказались. Но новоприбывший Иван Федоров сам изъявил желание стать командиром штрафников. Для организации группы ему дали срок две недели. Группа получила новые истребители Як-1 и Як-7 и приняла участие в боях. После первых же боевых вылетов стало понятно, что командир поторопился со своим решением. Звеньям группы удалось отбиться от врага, но действовали они разрозненно. Федоров даже вынужден был таранить немецкий бомбардировщик колесами шасси, после чего приземлился с помощью парашюта.
Однако Федоров наладил работу группы: штрафники стали драться более организованно и напористо. Позднее к ним на усиление были переведены и лучшие истребители армии: Зайцев, Боровых, Онуфриенко и Баранов.