Помимо авиации Краснознаменного Балтийского флота Берлин бомбила 81-я авиационная дивизия дальнебомбардировочной авиации (командир дивизии – комбриг М. В. Водопьянов, с 17 августа – полковник А. Е. Голованов). Штаб ВВС Советской Армии совместно с 5-м управлением ВВС разрабатывал боевые задания 81-й авиационной дивизии, обеспечивал пролет и возвращение бомбардировщиков через линию фронта. Всего до 4 сентября 1941 года советские летчики произвели на Берлин 10 налетов небольшими группами тяжелых бомбардировщиков. По военным объектам Берлина было сброшено несколько сот крупнокалиберных фугасных бомб.
С началом общего наступления немцев на Москву для действий на данном направлении была произведена масштабная перегруппировка Люфтваффе. В результате этой перегруппировки командующий 2-м воздушным флотом генерал-фельдмаршал Кессельринг получил в свое распоряжение мощнейшую за все время группировку авиации в составе 1320 боевых машин, в том числе 600 дальних бомбардировщиков, 120 пикирующих бомбардировщиков, 500 истребителей, 100 разведчиков. Основные силы этой группировки были направлены на поддержку действий наземных войск в районах Клина и Вязьмы.
В начале октября 1941 года немецким командованием была спланирована воздушная операция с целью нанесения удара по войскам Западного фронта, а также по промышленным и авиационным центрам, железнодорожным узлам, мостам, переправам, штабам, станциям снабжения, находящимся в полосе этого фронта. Но о подготовке этой операции заблаговременно стало известно советскому командованию.
10 октября 1941 года Ставка ВГК отдала директиву командующему ВВС РККА, в которой указывалось, что, по агентурным данным, 12–13 октября 1941 года по всему Западному фронту противник предполагает произвести массированный налет авиации. В связи с этим было приказано командующему ВВС РККА в ночь на 12 октября, утром и днем 12 октября организовать решительное уничтожение немецкой авиации на аэродромах Северо-Западного, Западного и Юго-Западного направлений, а также принять меры по рассредоточению своих самолетов на аэродромах и усилить готовность средств ПВО к отражению налетов вражеской авиации.
В соответствии с полученной директивой командованием и штабом ВВС Советской Армии в срочном порядке был разработан план действий ВВС по уничтожению самолетов противника на аэродромах на период с 11 по 18 октября. Для решения этой задачи привлекались соединения дальнебомбардировочной авиации и ВВС Северо-Западного, Западного, Брянского, Юго-Западного и Южного фронтов.
По своему размаху, привлекаемым силам и достигнутым результатам это была самая крупная воздушная операция советских ВВС 1941 года. Результаты ее были весьма высокие. Командующий ВВС доложил в Ставку ВГК: «ВВС Красной Армии в период с 11 по 18 октября 1941 г. произвели ряд бомбардировочных ударов по аэродромам противника на северо-западном, западном и южном направлениях. Только за два дня (11 и 12 октября) и в ночь на 13 октября на аэродромах Витебска, Смоленска, Орла, Орши, Сиверской, Н. Дугина и других было уничтожено 166 самолетов. А всего с 11 по 18 октября на аэродромах уничтожено, по неполным данным, не менее 500 вражеских самолетов... Ударами по аэродромам нанесено крупное поражение вражеской авиации, в результате чего сорван намечавшийся ею массированный удар».
Осенние дожди и приближение зимы создали немалые трудности для работы немецкой авиации с временных полевых аэродромов. Приходилось тяжелую авиацию держать в глубоком тылу, а легкую – ближе к линии фронта. В результате этого частым стало нарушение взаимодействия между бомбардировочной и истребительной авиацией, стало намного труднее массировать силы авиации для нанесения крупных авиационных ударов.
В октябре немецкая авиация произвела 31 налет на Москву. В них участвовало около 2 тысяч самолетов, но прорваться к объектам бомбометания смогли всего 72. При отражении налетов в воздушных боях и огнем зенитной артиллерии было сбито 278 самолетов.
В начале ноября 1941 года Ставка ВГК, придавая большое значение завоеванию оперативного господства в воздухе на московском направлении, приказала командующему ВВС Советской Армии с 5 по 8 ноября провести воздушную операцию по уничтожению немецкой авиации на аэродромах. Для проведения этой операции предлагалось привлечь от ВВС Калининского фронта 32 самолета, от ВВС Западного – 46, от ВВС Брянского фронта – 56, от авиации Московской зоны обороны – 32, от дальнебомбардировочной авиации – 80 и от 81-й отдельной бомбардировочной дивизии ВГК – 54 самолета, всего 300 боевых самолетов, которые должны были нанести одновременный удар по 19 аэродромам.
В соответствии с этим планом 5 ноября ударам подверглись 13 немецких аэродромов, 6 и 7 ноября – 15, а 12 и 15 ноября были повторно нанесены удары по 19 аэродромам. В результате было уничтожено и повреждено более 100 и сбит в воздушных боях 61 самолет.