Перед началом операции была организована тщательная воздушная разведка, которая не только вскрыла пункты базирования вражеской авиации, но и определила режим ее боевой деятельности. Поэтому удары были приурочены к такому времени, когда на аэродромах скапливалось наибольшее число самолетов и летного состава.
Согласно плану 6 мая в 14 час. 27 мин. 200 самолетов 16-й воздушной армии (24 Пе-2 3-го бак, 64 Ил-2 2-й гвардейской шад и 299-й шад и 112 истребителей 1-й гвардейской, 283-й и 286-й иад) нанесли массированный удар по аэродромам орловского аэроузла. На аэродромах противника было уничтожено и повреждено 54 самолета, 15 автомашин, 5 складов с горючим и боеприпасами, подавлено 9 огневых точек малокалиберной зенитной артиллерии (МЗА) и создано свыше 20 очагов пожара.
Удары авиации по аэродромам сочетались с активными воздушными боями иад вражеской территорией. При этом нашим истребителям удалось уничтожить в воздухе 22 самолета противника.
7 мая днем были нанесены удары по аэродрому Куликовка (14 Ил-2 299-й шад и 12 Ла-5 286-й иад) и по аэродрому Хмелевая (12 Ил-2 2-й гвардейской шад и 14 Як-1 283-й иад). На аэродроме Куликовка, несмотря на сильное противодействие МЗА и вражеских истребителей, было уничтожено 16 самолетов противника. Удар по аэродрому Хмелевая не увенчался успехом.
При выполнении налетов на аэродромы противника 6 мая воздушная армия потеряла 27 штурмовиков и 8 истребителей, главным образом, по следующим причинам: внезапности удара достичь не удалось, и противник успел подготовить свои истребители и МЗА к отражению налета; не были в достаточной мере подавлены его зенитные средства; соседние аэродромы противника не были своевременно заблокированы истребителями 1-й гвардейской иад (они прибыли к цели с опозданием); боевой порядок штурмовиков и истребителей прикрытия при попадании в зону сильного зенитного огня нарушался, что ослабляло их оборону от истребителей противника; недостаточно практически было отработано взаимодействие штурмовиков и прикрывавших их истребителей при ведении совместного воздушного боя.
Обеспокоенное налетами нашей авиации, гитлеровское командование вынуждено было перебазировать многие авиационные части в тыл, рассредоточить и тщательно замаскировать свои самолеты.
Кроме ударов по аэродромам и железнодорожным станциям авиасоединения и части воздушной армии периодически бомбардировали и штурмовали обнаруженные разведкой войска противника, произведя в июне с этой целью свыше 1200 самолето-вылетов.
Дневные бомбардировщики 3-го бак действовали группами по 9 — 18 самолетов Пе-2 под прикрытием 8 — 16 истребителей. Бомбы на цель сбрасывали с высот 1300–3000 м с горизонтального полета.
Штурмовики 2-й гвардейской и 299-й шад наносили удары по живой силе противника и его боевой технике группами от 6–8 самолетов до 2–3 эскадрилий под прикрытием такого же количества истребителей. Штурмовики действовали с высот от 1300 — 900 м до бреющего полета, принимали боевой порядок «круг» и обрабатывали цели парами или одиночными самолетами с нескольких заходов.
Ночные бомбардировки противника с самолетов По-2 вела 271-я нбад. В течение мая и июня она произвела 5480 боевых самолето-вылетов. Помимо материального ущерба эти бомбардировки изнуряюще действовали на вражеские войска, снижая их моральное состояние.
Кроме периодических ударов по аэродромам и скоплениям войск противника авиачасти наносили удары и по другим объектам. Так, в конце апреля 1943 г. стало известно о расквартировании вражеских штабов, сосредоточении войск и наличии складов противника в поселке Локоть и на железнодорожной станции Брасово. 5 мая 50 самолетов Пе-2 301-й бад под прикрытием истребителей 283-й иад нанесли мощный удар по этим объектам. По сообщению штаба партизанского движения, в результате удара бомбардировщиков в поселке Локоть были разрушены здание, где размещался крупный немецкий штаб, и склады, а также несколько домов, в которых располагались немецкая комендатура и воинская часть, направлявшаяся на фронт. Около 300 солдат и полицейских, нескольких бронемашин и танков не досчитались гитлеровцы в этот день. На станции Брасово был разбит воинский эшелон и взорван склад горючего. Бомбардировщики потеряли два экипажа.
Удары наших дневных и ночных бомбардировщиков по станциям и перегонам нарушали переброску войск противника и их снабжение. Систематической ночной бомбардировке подвергался железнодорожный участок Орел — Глазуновка. Только в мае на этот участок совершено 500 самолето-вылетов. Действия по участку Орел Брянск велись одиночными самолетами Пе-2 в дневное время с больших высот. На бомбардировку станций Чигинок, Путивль и Васильевка в мае было произведено до 100 самолето-вылетов.