15 июля немецкие войска ворвались в Смоленск. После того как они подтянули к месту боев тяжелое вооружение, защитники города отступили, но взорвали ночью оба моста через Днепр. В тылу Западного фронта на рубеже Старая Русса — Осташков — Ельня — Брянск был спешно образован фронт Резервных армий, и 153 самолета его ВВС под командованием генерал-майора Б.А. Погребова тут же включились в боевые действия под Смоленском. По мере возможности пополнялись боевой техникой или перевооружались на новые самолеты и изрядно поредевшие авиационные полки Западного фронта. Во фронтовой истребительной и бомбардировочной авиации полностью изменилась организационная структура. Число полков в авиационных дивизиях сократилось с 3 до 2, а количество самолетов в полках — с 60 до 32–33 (три эскадрильи), а затем ввиду незначительного поступления самолетов от промышленности — до 20 (две эскадрильи). В условиях воздушного господства врага полки быстро выбывали из строя на переформирование, а новые вступали в бой неподготовленными. Не было времени на освоение современной техники. Так, 13-й СБАП, сменивший устаревшие СБ и Ар-2 на двукилевые бомбардировщики Пе-2, весьма строгие в управлении, переучивался только пять дней, прежде чем пришел приказ об отправке части на фронт. По существу, полк совершенно не был готов к боям, поскольку летчики только успели освоить взлет, посадку и полеты по кругу. К бомбометаниям и стрельбам приступить не успели, а для отработки пилотажа вылетали в зону только некоторые экипажи. Тем не менее 16 июля 13-й СБАП перелетел в Киров под Ельней, и в тот же день все три его эскадрильи приступили к выполнению боевых заданий. 1-я и 2-я эскадрильи во главе с командиром полка капитаном В.П. Богомоловым отправились к Ельне. К ним должны были по пути присоединиться истребители сопровождения, но по какой-то причине эта встреча не состоялась, и бомбардировщики пошли к цели одни. Линия фронта обозначилась вспышками огня и клубами дыма — вся местность была изрыта окопами, позициями артиллерии, дзотами и блиндажами. Над расположением советских войск непрерывно висели в воздухе «юнкерсы», и лишь изредка проскакивали внизу штурмовики Ил-2. На подходе к Ельне пылила длинная немецкая колонна, а над ней барражировали «мессершмитты». Эту колонну и избрали для атаки самолеты Пе-2. Отбиваясь от наседавших вражеских истребителей, они легли на боевой курс. Через короткое время в цель посыпались бомбы, и следует заметить, что хотя большинство экипажей бомбили с горизонтального полета, были и такие, которые атаковали танки и грузовики с пикирования. Опыт подобных атак они приобрели, еще летая на прежних пикировщиках Ар-2. В воздушном бою немцы сумели сбить 2 Пе-2, а еще несколько советских самолетов получили повреждения. 3-я эскадрилья бомбардировщиков под командованием капитана Е.И. Челышева нанесла бомбовый удар по фашистским танкам в районе Рославля и избежала потерь благодаря взаимовыручке экипажей. Четверка «мессеров» попыталась атаковать крайнее звено, но стрелки советских самолетов дружным огнем сбили один истребитель, а остальные тут же ретировались. Кроме того, Челышев со своим звеном после бомбардировки прикрывал пулеметным огнем атаку следующих звеньев.
Немецкие летчики в середине июля также были вынуждены действовать с большим напряжением, выполняя по нескольку вылетов в день, что вело к быстрому износу боевой техники, а поставки необходимых запчастей запаздывали и к тому же не были предусмотрены в необходимом количестве. Инженер 51-й истребительной эскадры капитан Бехт докладывал 15 июля:
«По сравнению со штатной численностью силы эскадры уменьшились на 47 %. На аэродромах находятся 26 небоеспособных машин, большей частью с повреждениями от наземного огня, из них 10 стоят без двигателей. На 58 боеспособных машинах имеются 22 мотора с выработанным более чем на 50 % ресурсом — в ближайшее время они могут выйти из строя и поэтому нуждаются в капитальном ремонте. Из имевшихся на 22 июня в группах I, II и III самолетов 89 потеряно и только 49 пригодны к боевым действиям».
Из числа руководства JG 51 14 июля был тяжело ранен командир 7-й эскадрильи обер-лейтенант Штайгер. Двумя днями позднее был сбит на бреющем полете командир 5-й эскадрильи обер-лейтенант Колбов, записавший на свой счет 27 побед. Его заменил лейтенант Стеффене (22 победы), который командовал эскадрильей только до 30 июля, после чего тоже был сбит в воздушном бою под Бобруйском и погиб.
18 июля по решению Ставки ВГК на подступах к Москве был создан фронт Можайской линии обороны, включавший в себя Волоколамский, Можайский и Малоярославский укрепленные районы. Развертывались здесь 32,33 и 34-я армии, сформированные в основном из дивизий московского народного ополчения. С воздуха их прикрывали ВВС в составе 75 самолетов под командованием Г.А. Ворожейкина.