31 мая 1941 г. у пилотируемого Киттелем истребителя Bf 109F-2 (зав. № 12725) отказал двигатель, и летчик был вынужден покинуть машину с парашютом. Спустя непродолжительное время эскадру JG54 перебросили в Польшу для участия в операции «Барбаросса». 24 июня 1941 г. Киттель открыл счет, сбив бомбардировщик СБ. Десятую победу он одержал 12 сентября 1941 г., а двадцатую — только через год, 23 сентября 1942 г. Любопытно, что в июне 1942 г. Отто Киттель вступил в брак… дистанционно, то есть в отсутствие невесты — такую процедуру (Fertrauung) придумали в годы войны в Германии пропагандисты семейных ценностей.
Вплоть до перевооружения группы I/JG54 на фокке-вульфы» Киттель был «крепким середнячком», кавалером Железных крестов двух степеней, но не более. Его неожиданный взлет начался в январе 1943 г. и был связан с новой машиной, которая оснащалась мотором воздушного охлаждения. В частности, 12 января за один день он сбил, если верить германским донесениям, шесть самолетов, а 19 февраля Киттель одержал свою 39-ю победу, которая оказалась 4000-й победой эскадры JG54. Но вскоре его поджидали серьезные испытания.
15 марта 1943 г. истребитель FW 190А-4 (зав. № 142481) был подбит. Киттелю пришлось совершить вынужденную посадку в 60 км от линии фронта на территории, занятой советскими войсками. Одетому в летный комбинезон пилоту было суждено в суровый холод трое суток выходить к своим, причем часть пути проделать по замерзшему озеру Ильмень. Вскоре после этого эпизода он получил звание обер-фельдфебеля и был награжден Германским крестом в золоте, однако скитания по заснеженной России не прошли даром — вплоть до конца мая ему пришлось лечиться в госпитале.
Вернувшись в свою часть, Киттель принялся быстро наращивать боевой счет. В период сражения на Курской дуге всего за один месяц число его побед увеличилось на 25. Считается, что 4 августа он сумел сбить семь советских самолетов, а 14 сентября праздновал 100-ю победу. 26 октября 1943 г. Отто Киттеля наградили Рыцарским крестом
В январе — марте 1944 г. Киттеля откомандировали в качестве инструктора в учебную истребительную группу Erganzungs-Jagdgruppe Ost, которая базировалась во Франции. Его непосредственным начальником стал другой известный в прошлом ас Восточного фронта — майор В. Бауер (V. Bauer), причем подразделение Киттеля находилось в Биарриц
В марте 1944 г. Киттель был назначен командиром отряда 3/JG54. Его боевой счет снова стал стремительно расти, и 11 апреля последовала новая награда — Дубовые листья (
16 февраля 1945 г. четверка истребителей FW 190А-8, которую повел на задание Киттель, вылетела на перехват группы штурмовиков Ил-2. Киттель считался в люфтваффе большим специалистом по русским бронированным штурмовикам (считается, что за свою карьеру он одержал победы над 94 самолетами этого типа), отлично изучив их уязвимые места. Однако на сей раз удача отвернулась от германского аса. На своем FW 190А-8 с бортовым номером «1» (зав. № 960282) он стал сближаться с восьмеркой штурмовиков, которые летели на высоте примерно 150 м. Ведомый Киттеля обер-фанрих (