По мере совершенствования летательных аппаратов, круг задач, решаемых авиацией, стал значительно шире, чем наблюдения и связи. Теперь морские авиаторы вели разведку, искали корабли и подводные лодки противника, корректировали огонь корабельной артиллерии, наносили бомбовые удары. В начале марта 1915 года в составе Морской авиации имелось уже 77 самолетов, в том числе, на Балтике – 47, и на Черном море – 30 гидроаэропланов. Их обслуживали 78 офицеров и 859 нижних чинов.
Уже с сентября 1916 года по май 1917 года морское ведомство получило 61 гидросамолет конструкции Григоровича М-11 и М-12; из них 26 летали над Черным морем, около 20 поступили на Балтику. В черноморских и балтийских авиационных частях служили, соответственно, 115 и 96 офицеров, 1039 и 1339 кондукторов, унтер-офицеров и рядовых. В 1916 году, для содействия войскам Бакинского отряда Кавказского фронта, на озере Ван в Турции формируется Ванская военная флотилия, в состав которой были включены два гидросамолета М-5. Около 15 % выпущенных в России самолетов было водного назначения. Такого не было нигде в мире.
На Черном море с августа 1914 года было 8 гидросамолетов. Самолеты базировались на станции в Севастополе (Килен-бухта). Были построены станции в Овидиополе, в Золокарах и Клеровке. Создание 24-х наблюдательных постов от Дуная до Батума позволило быстро перебрасывать самолеты по всему русскому побережью Черного моря. Тогда стало понятно, что самолеты можно использовать для обнаружения морских мин и подлодок противника. С началом войны на Черноморском флоте два парохода были перестроены в самолетные «матки»: «Император Николай I», «Александр I» и гидрокрейсер «Румыния». Они могли нести 6–8 самолетов. Кроме того, один гидроплан разместился на крейсере «Алмаз».
Первый опыт использования морской авиации состоялся 24 марта 1915 года. Тогда русская эскадра в составе «Николай I» с 4 самолетами совершила поход к Румелии – район Турции в Европе. Планировали использовать их для воздушной разведки, но затем они пригодились для бомбового удара по береговым объектам. Это был успешный опыт действия Русской морской авиации у вражеских берегов, когда самолеты после разведки пролива сбросили бомбы на береговые укрепления и вражеский миноносец.
В апреле 1915 года авиаотряд вырос до 18 самолетов, когда старые самолеты дополнили гидропланами М-5 конструктора Д. П. Григоровича. Уже в начале мая русские гидросамолеты совершили первый налет на столицу османов – Константинополь. Эти действия показали, что авиация стала играть большую роль не только для разведки, но и для атакующих действий. До конца года завершилась боевая подготовка взаимодействия экипажей самолетов и кораблей. Это позволило русской эскадре в октябре 1915 года совершить поход к берегам Болгарии, обстрелять Варну, Евксиноград и нанести бомбовый удар авиацией.
На 1 января 1916 года в Черноморском авиаотряде было: 30 самолетов, 30 офицеров, 371 человек обслуживающего персонала, два авиатранспорта и крейсер «Алмаз». В конце года в строй вошел еще один авиатранспорт «Румыния». Черноморский отряд состоял из 1-го и 2-го корабельных отрядов (на «Николае» и «Александре» – 13 летчиков), гидроавиационный отряд Кавказского фронта (8 летчиков), учебно-боевая часть в Круглой бухте (5 летчиков), началось формирование отряда дирижаблей.
24-го января русская эскадра подошла к порту Зунгулдак, который являлся крупнейшим угольным поставщиком для турецкого флота. Основной удар по источнику угля наносили только корабли. Летчики получили задание разбомбить загруженный пароход, электростанцию и железную дорогу к шахтам. Летчикам мешала сильная облачность и зенитный огонь, но они смогли сбросить 18 больших и 20 малых бомб, подожгли и утопили 7000-тонный пароход и несколько судов, разрушили здание железнодорожного узла, подожгли несколько шахт. Подобного рода операция была проведена 25 августа против австро-немецких сил в Варне. На этот раз враг оказал сильное сопротивление, и при уходе эскадры имелись потери. Следует напомнить, что летом 1916 года крейсер «Александр I» участвовал в проведении десантной операции у Трапезунда. Его авиация прикрывала высаживающиеся войска с воздуха и осуществляла противолодочную защиту. Уже в начале декабря 1916 года в составе авиаотряда было 45 гидросамолетов М-5 (разведчик, корректировщик артогня), 45 тяжелых гидросамолетов типа М-9 для нанесения бомбовых ударов по береговым объектам и кораблям, 10 М-11, первых в мире гидросамолетов-истребителей И-11. Все самолеты были русского производства конструкции Д. П. Григоровича.