Первый групповой эффективный налет на Плоешти состоялся 13 июля. К началу этого месяца 40-й СБАП 63-й авиабригады получил 10 новых пикирующих бомбардировщиков Пе-2, из которых в полку сформировали дополнительную 5-ю эскадрилью под командованием капитана А.П. Цурцумии. 6 таких скоростных самолетов и решили использовать для дневной атаки румынского нефтеперерабатывающего центра. План налета подготовил Цурцумия, и он же возглавил ударную группу бомбардировщиков. Главной изюминкой плана являлось то, что Пе-2 для противника был малознакомым самолетом и к тому же, благодаря двукилевому оперению, он сильно напоминал в воздухе немецкие машины Bf 110 и Do 17. Чтобы усилить это впечатление, Цурцумия выполнил заход на Плоешти с тыла, со стороны Карпат. Уловка сработала, так как при появлении бомбардировщиков вражеская система ПВО никакой активности не проявила. Экипажи легли на боевой курс, спокойно, без помех прицелились и точно сбросили бомбы. Лишь когда в воздухе раздался зловещий свист, зенитчики торопливо открыли беспорядочный огонь по уже улетающим самолетам. Бросившимся вслед немецким истребителям удалось все же догнать Пе-2, и они сбили самолет лейтенанта Александрова. Дважды загорался после их атак Пе-2 ст. лейтенанта Корзунова, но летчик сбил пламя и довел поврежденную машину до аэродрома. В свою очередь, бортовые стрелки бомбардировщиков заявили о двух уничтоженных Bf 109. Этот налет на Плоешти получил международную известность, так как советские бомбы нанесли значительные повреждения румынским заводам «Орион» и «Астра Романия». Огнем было охвачено до 120 тыс. тонн топлива, и сильный пожар длился почти трое суток.
26 июля состоялось боевое крещение секретного оружия ВВС Черноморского флота — авиационной системы «Звено-СПБ», представлявшей собой сцепку четырехмоторного самолета ТБ-3 с двумя И-16. Проектирование воздушного авианосца было начато в СССР еще в начале 30-х годов, и основным сторонником этой идеи выступил известный в то время инженер B.C. Вахмистров. Предполагалось, что истребители, запускаемые с борта носителя, смогут эффективно защищать дальние бомбардировщики на всем протяжении их полета. Первой системой подобного типа, разработанной Вахмистровым, стало «Звено-1», состоящее из бомбардировщика ТБ-1 с размещенными на плоскостях его крыла двумя истребителями И-4. Затем Вахмистров экспериментировал с бомбардировщиком ТБ-3, на котором он последовательно располагал от 2 до 5 истребителей различного типа. Наиболее удачной, с точки зрения испытателей, стала сцепка «Звено-6», когда два И-16 подвешивались снизу под крылом ТБ-3. Непосредственно перед полетом они подруливали самостоятельно под крыло бомбардировщика, крепились к трем подвескам замками, а потом шасси истребителей убирались, и сцепка была готова к взлету.
В 1938 году Вахмистров несколько изменил проект, предложив использовать И-16 также в качестве пикирующих бомбардировщиков. Таким образом появилось «Звено-СПБ», в котором каждый истребитель мог нести по две 250-кг бомбы. Радиус действия И-16 существенно увеличился за счет того, что в полете они питались горючим со специальных крыльевых баков ТБ-3. Максимальная дальность полета всей системы достигла почти 2500 км. Отцепка истребителя в воздухе от самолета-носителя происходила сравнительно просто. По сигналу пилот И-16 освобождал задний фюзеляжный замок, затем двигал ручку управления от себя и, когда истребитель отклонялся вниз на угол 3°30′, автоматически открывались крыльевые замки, и самолет переходил в свободный полет. После сброса бомб с пикирования И-16 могли использоваться в качестве обычных истребителей.
«Звено-СПБ» официально приняли на вооружение ВВС СССР в октябре 1938 года, однако из-за споров в верхах относительно эффективности использования серийное строительство сцепок разворачивалось крайне медленно. К началу войны заводы построили всего пять комплектов систем «Звено-СПБ». Все они вошли в состав 2-й эскадрильи 32-го ИАП 62-й авиабригады ВВС ЧФ и базировались на аэродроме в Евпатории.
26 июля 1941 года, после получения из Москвы соответствующего приказа о применении «Звена-СПБ», для бомбардировки Констанцы в воздух были подняты две сцепки. Авиаматки ТБ-3 пилотировали С. Гаврилов и Н. Огнев, а в кабинах истребителей находились командир эскадрильи капитан А. Шубиков и летчики Б. Филимонов, Б. Литвинчук и А. Самарцев. Над морем необычную группу встретили два гидросамолета из 119-го МРАП, которые сопровождали ее почти до самого румынского берега.