В ходе контрнаступления под Сталинградом авиационные соединения АДД, взаимодействуя со 2, 8, 16 и 17-й воздушными армиями, получили первый опыт боевых действий в рамках авиационного наступления. К началу 1943 года в боевом составе АДД произошли существенные изменения. Она уже имела 11 дивизий. В мае в соответствии с постановлением ГКО стали формироваться восемь дальнебомбардировочных авиационных корпусов. Боевой состав авиации дальнего действия возрос до 700 самолетов и продолжал увеличиваться. Задача стояла в том, чтобы довести его до 1200 самолетов.
В подготовительный период битвы под Курском АДД вела активные боевые действия по срыву железнодорожных перевозок. В течение апреля, мая и июня она вела систематические боевые действия по разрушению железнодорожных объектов на глубину до 50 - 600 км. По таким наиболее важным железнодорожным узлам, как Брянск и Орел, были нанесены 22 сосредоточенных удара, по Гомелю - восемь, Унече - шесть. Стала применяться "свободная охота" в ночных условиях.
Как свидетельствуют захваченные в качестве трофеев оперативные документы фашистского командования, одной из причин переноса сроков начала наступления на Курской дуге были удары наших бомбардировщиков по коммуникациям, сыгравшие важную роль в срыве планов перегруппировки немецко-фашистских войск.
Более крупными силами АДД действовала на участках прорыва вражеской обороны в Курской битве.
На орловском направлении для действий по войскам противника в тактической зоне было сосредоточено уже пять авиакорпусов и одна дивизия дальних бомбардировщиков.
В этот же период АДД наносила эффективные удары по позициям дальнебойной артиллерии беззаботинской группировки противника под Ленинградом, применяя бомбы крупного калибра. Некоторые части, делая в ночь по два вылета, один удар наносили по объектам в районе Курска, а второй под Ленинградом. После каждого удара по артиллерийским позициям Ленинград не обстреливался по 10 - 12 дней.
В феврале 1944 года Верховное Главнокомандование приняло решение провести воздушную операцию силами авиации дальнего действия по разрушению военно-промышленных объектов в г. Хельсинки. В течение трех ночей было совершено 2120 самолето-вылетов. На объекты противника сброшено 18 000 бомб. Плотность ударов составляла пять самолетов в минуту.
С такой же целью в течение четырех ночей в сентябре 1944 года была проведена воздушная операция по разрушению военно-промышленных объектов г. Будапешта. Было сброшено 8000 бомб, плотность ударов составляла девять самолетов в минуту. Эти удары ускорили выход из войны сначала Финляндии, а затем и Венгрии. Немаловажную роль сыграла АДД и в выводе из войны Румынии. Таким образом, цели этих воздушных операций были достигнуты.
Большой опыт организации и ведения боевых действий авиация дальнего действия получила в стратегических наступательных операциях 1944 года и завершающего периода Великой Отечественной войны. Ставка Верховного Главнокомандования на главнейших направлениях сосредоточивала основные силы не только фронтовой, но и дальней авиации. Так, в целях достижения крупных стратегических результатов, в ходе Белорусской наступательной операции на этом направлении было сосредоточено восемь авиационных корпусов, насчитывавших более 1000 тяжелых самолетов. Ставка ВГК даже сочла целесообразным перенести на сутки наступление 1-го Белорусского фронта с тем, чтобы последовательно сосредоточить усилия АДД на поддержке сначала 1-го Прибалтийского, 2-го и 3-го, а затем 1-го Белорусских фронтов.
К 1945 году, когда военные действия были перенесены на территорию фашистской Германии и ее сателлитов, потребность в уничтожении объектов в глубоком тылу противника отпала, появилась благоприятная возможность привлечения ударных сил авиации для содействия сухопутным войскам при взламывании особо прочной вражеской обороны в ходе развернувшегося гигантского наступления наших войск на всем советско-германском фронте. Это явилось также одним из основных факторов, обусловивших необходимость преобразования авиации дальнего действия в 18-ю воздушную армию и подчинения ее командующему ВВС Красной Армии с сохранением ее назначения как средства ВГК.
В этих условиях дальние бомбардировщики стали выполнять боевые задачи в более тесном взаимодействии с сухопутными войсками и фронтовой авиацией, чем это было в предшествующих операциях.