Весной 1923 г. на испытание в НОА поступил опытный самолет ИЛ- 400 (истребитель с двигателем «Либерти» в 400 л.с), спроектированный Н.Н.Поликарповым в содружестве с Н.М.Костиковым и А.А. Поповым. Первый полет на самолете ИЛ-400 выполнил К.К.Арцеулов. Полет был неудачным. После доработки весной 1924 г. самолет повторно предъявили в НОА на испытание под обозначением И-1. Летные испытания проводили А.И.Жуков, А.Н.Екатов и М.М.Громов. Результаты испытаний оказались неудовлетворительными. В 1924 г. на испытания в НОА поступил самолет АНТ-2 конструкции А.Н. Туполева.
К середине 20-х годов Опытный аэродром завоевал определенный авторитет, НОА стали доверять проведение работ государственной важности. Так, осенью 1924 г. летчики-испытатели Научно-опытного аэродрома П.Х. Межерауп, М.М. Гаранин, Ю.И. Арватов, В.В. Гоппе, Я.Я. Якобсон, А.И. Залевский, летнаб И.В. Сыченников, мотористы И.И. Синавский, М.Н. Староскольцев, С.А. Лисицкий и В.А. Военский перегнали шесть самолетов Р-1 в Афганистан по маршруту Ташкент – Темриз – Кабул протяженностью 1390 км. Все участники перелета были удостоены высших военных орденов Афганистана. Кстати, П.Х. Межерауп пришел в НОА на должность летчика-испытателя в 1924 г. с должности начальника ВВС Туркестанского фронта! В феврале 1926 г. Межераупа назначили заместителем начальника НОА по летной части, в том же году он вместе с механиком М.И. Головановым выполнил на самолете Р-1 «Красная Звезда» перелет по маршруту Москва – Харьков – Севастополь – Анкара, расстояние 1940 км было пройдено за 11 ч 16 мин.Впервые сухопутный самолет с колесным шасси перелетел через Черное море, протяженность маршрута над водной поверхностью составила 290 км. Председатель Центральной комиссии по перелетам С.С. Каменев высоко оценил достижение экипажа: «Превзойдя все ожидания, самолет «Красная Звезда» под умелым управлением краснознаменного пилота тов. Межераупа [Межерауп за бои на Перекопе был награжден орденом Красного Знамени] и бортмеханика Голованова благополучно завершил перелет Москва – Анкара, показав блестящие летные качества. Весьма рискованный участок пути через Черное море на сухопутном самолете преодолен тов. Межераупом превосходно, несмотря на неблагоприятные метеорологические условия».
Эпоха 20-х годов вообще богата авиационными перелетами, во многих из Больших Советских Перелетов принимали участие специалисты НОА. В 1925-1926 г.г. для поднятия международного престижа советской авиации было принято решение провести ряд больших перелетов, подготовка которых велась НОА. В феврале 1925 г. летчик Иншаков выполнил на Р-1 перелет Москва-Харьков- Смоленск-Москва, в марте – летчик Ф. Расстегаев тоже на Р-1 выполнил перелет по маршруту Москва – Ленинград – Смоленск – Москва В июне 1925 г. летчики М. М.Громов, М.А.Волковойнов, А.И.Томашевский, борттехники В.П. Кузнецов и Н.А. Камышев выполнили международный групповой перелет Москва – Пекин – Токио на самолетах АК-1, Р-1 и Р-2. В 1926 г. М.М.Громов с бортмехаником Е.В. Радзевичем на самолете Р-3 «Пролетарий» выполнили за трое суток (с 30 августа по 2 сентября) перелет Москва – Кенигсберг – Берлин – Париж – Вена – Прага – Варшава – Москва протяженностью 7150 км. Перелеты продолжались и в дальнейшем. В 1929 г. на самолете ТБ-1 «Страна Советов» летчик Шестаков со вторым пилотом Болотовым, штурманом Стерлиговым и бортмехаником Фуфаевым выполнили перелет по маршруту Москва – Омск – Хабаровск – Петропавловск-на- Камчатке – остров Атту – Сиэтл – Сан-Франциско – Нью-Йорк протяженностью 21242 км за 137 часов летного времени . Выдающиеся перелеты в 1929 г. совершил М.М.Громов на самолете АНТ-9 «Крылья Советов»: сначала, в ходе летных испытаний, Москва – Одесса – Севастополь – Одесса – Киев – Москва, а после завершения испытаний, прошел по маршруту Москва – Травемюнде – Берлин – Париж – Рим – Марсель – Лондон ь – Париж – Берлин – Варшава – Москва (9037 км за 53 часа полетного времени с 8-ю пассажирами).
Несомненно, венцом Больших Советских Перелетов стали полеты экипажей В.П. Чкалова и М.М. Громова в США через Северный полюс. Экипажи НИИ ВВС установили несколько мировых авиационных рекордов, хотя не все из них были таковыми признаны, так как СССР вступил в FAI только в середине 30-х годов:
10 августа и 7 сентября 1935 г. летчик В.К. Евсеев установил рекорд высоты полета 10080 м и 12020 м;
21 ноября 1935 г. летчик В.К.Коккинаки на специально доработанном самолете И-15 достиг высоты 14575 м;
29 апреля 1936 г. летчик П.М. Стефановский и штурман П.И.Никитин совершили перелет по маршруту Москва – Севастополь – Москва;
20 июля 1936 г. летчики В.П.Чкалов, Г.Ф. Байдуков, штурман А.В.Беляков на самолете АНТ-25 совершили беспосадочный перелет по маршруту Москва – остров Удд (9374 км);
11 ноября 1936 г. летчики Ершов и Липкин на самолете конструкции В.Ф.Болховитина установили рекорд поднятия груза весом в 1 тонну на высоту 7032 м;