Но основные силы в начале 1941 года были брошены на разведку территории Советского Союза. Для удовлетворения этой экстренной нужды в январе, через несколько недель после издания Гитлером директивы об операции "Барбаросса", Ровель организовал четвертую эскадрилью. Новая эскадрилья отправляла самолеты и на ближние, и на дальние миссии проникновения из различных мест — из Кракова в Польше, из Бухареста в Румынии, из Киркенеса на норвежском побережье. При наиболее глубоком проникновении самолеты долетали до Черного моря, удаляясь от базы приблизительно на 750 миль. Полученные в таких миссиях фотографии показывали промышленные объекты, а также новейшие советские полевые фортификации. Конечно, полеты продолжались и после начала операции "Барбаросса". Так, 26 июня один разведывательный самолет сфотографировал аэродромы вокруг Москвы. Советские истребители и зенитки ПВО пытались прервать эту миссию, но безуспешно, поскольку ни те ни другие не достигали высоты Ju-88.
Советский "Полевой устав" 1936 года обозначал воздушную разведку как "главное средство получения командиром стратегических данных… и главное средство получения тактических сведений". Но в то время как немецкие самолеты во второй половине 1941 года летали над Советским Союзом, отыскивая новые цели для наступающих фашистских войск, советской воздушной разведки практически не существовало. Немецкое наступление в июне сокрушило советские ВВС, из-за чего Советы не могли всерьез полагаться на воздушную разведку при отслеживании передвижений войск агрессора.
Перед нападением немцев Советский Союз располагал десятью разведывательными полками, подчиненными военным округам. К концу июля 1941 года не осталось практически ни одного разведывательного самолета. И хотя все уцелевшие самолеты занимались выполнением разведывательных миссий, исключительно разведкой занимались 10–13 процентов, но очень немногие из них соответствовали требованиям настоящих разведывательных самолетов. Далее, многие разведывательные миссии были визуальными, а их фотографические возможности в 1941 году были весьма ограничены. И лишь в ноябре 1941 года было сформировано первое фоторазведывательное подразделение, вооруженное самолетом Пе-2. В 1942 году Советы получили некоторое количество "спитфайров", оставленных Королевскими ВВС, действовавшими на них с территории Северной России против целей в Норвегии.
В январе 1942 года немецкие войска оказались в котле в районе Демьянска, и 16-я немецкая армия укрепилась там, возведя большое количество земляных фортификационных сооружений. Именно тогда Советы впервые воспользовались воздушной съемкой для определения боевого состава обороны немцев; фотографическую разведку немецких позиций проводила 6-я воздушная армия. На основе фотографий готовили карты в масштабе 1: 25000 и 1: 50000, передавая их затем на анализ фронтовым картографам. Точность фотографических планов колебалась от 80 до 100 процентов для огневых точек, рвов и дотов; 75 процентов для огневых позиций артиллерии и 35–50 процентов для позиций отдельных орудий, минометов и зениток. В советском донесении по завершении операции делался вывод, что "воздушная фотография — наиболее эффективное средство выявления степени и характера инженерного оборудования вражеских позиций. Результаты ее расшифровки в сочетании с данными наземной разведки в конечном итоге предоставляют исчерпывающую информацию о вражеской обороне".
Но визуальная разведка в течение длительного периода оставалась преобладающим видом воздушной разведки. Даже к осени 1942 года лишь 25 процентов полетов осуществлялись для фоторазведки, отчасти из-за погодных условий.
Летом того же года немецкие войска хлынули на восток, к Воронежу, вслед за чем последовал удар на юго-восток к излучине Дона. Поначалу оказав противнику серьезное сопротивление, Красная армия ответила затем рядом контрнаступлений в районе Воронежа вдоль верхнего течения Дона, а также в его излучине. В то же самое время немецкие войска пробивались на восток к Сталинграду и юго-восток к Кавказу.
В октябре советское Главнокомандование (Ставка) решило начать упорную оборону Сталинграда, заложив фундамент стратегического контрнаступления вдоль подступов к Кавказским горам. Ставка полагала, что уничтожение немецких армий в районе Сталинграда остановит немецкое наступление на Кавказ, позволит Советам отвоевать важные районы Дона и Кубани, а возможно, и ускорить освобождение играющего кардинальную роль Донецкого угольного бассейна.