На завершающем этапе Великой Отечественной войны, 12 мая 1944 г. управление 4-й ВА было переведено в Рославль на 2-й Белорусский фронт и приняло непосредственное участие в подготовке новой наступательной операции. В течение августа—октября 1944 г. 4-я ВА готовилась к решающим боям на территории Польши и Померании. Завершились боевые действия 4 ВА в Великой Отечественной войне участием в Берлинской стратегической операции.
Во время Великой Отечественной войны СССР 1941—1945 гг. армия принимала активное участие в следующих 17 операциях Красной Армии и Военно-Морского флота:
07.07— 24.07.1942 г. — Ворошиловградско-Шахтинской оборонительной операции в ходе Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции;
25.07— 05.08.1942 г. — Тихорецко-Ставропольской оборонительной операции в ходе Северо-Кавказской оборонительной операции;
01.09— 28.09.1942 г. — Моздок-Маглобекской оборонительной операции в ходе Северо-Кавказской оборонительной операции;
25.10— 12.11.1942 г. — Нальчинско-Орджоникидзевской оборонительной операции в ходе Северо-Кавказской оборонительной операции;
01.01— 24.01.1943 г. — Моздок-Ставропольской наступательной операции в ходе Северо-Кавказской наступательной операции (операция «Дон»);
24.01— 04.02.1943 г. — Тихорецко-Ейской наступательной операции в ходе Северо-Кавказской наступательной операции (операция «Дон»);
09.02— 16.03.1943 г. — Краснодарской наступательной операции;
10.09—09.10.1943 г. — Таманской наступательной операции в ходе Новороссийско-Таманской наступательной операции;
11.04—12.05.1944 г. — Керченско-Севастопольской наступательной операции в ходе Крымской наступательной операции;
23.06— 28.06.1944 г. — Могилевской наступательной операции в ходе Белорусской наступательной операции (операция «Багратион»);
29.06— 04.07.1944 г. — Минской наступательной операции в ходе Белорусской наступательной операции (операция «Багратион»);
05.07— 27.07.1944 г. — Белостокской наступательной операции в ходе Белорусской наступательной операции (операция «Багратион»);
06.08— 14.08.1944 г. — Осовецкой наступательной операции в ходе Белорусской наступательной операции (операция «Багратион»);
14.01— 26.01.1945 г. — Инстербургско-Кёнигсбергской и Млавско-Эльбингской наступательных операциях в ходе Восточно-Прусской наступательной операции;
10.02— 06.03.1945 г. — Хойнице-Кезлинской наступательной операции в ходе Восточно-Померанской наступательной операции;
07.03— 31.03.1945 г. — Данцигской наступательной операции в ходе Восточно-Померанской наступательной операции;
16.04— 08.05.1945 г. — Штеттинско-Ростокинской наступательной операции в ходе Берлинской наступательной операции.
За годы Великой Отечественной войны в предгорьях Кавказа, при освобождении Ставрополя, Кубани, Тамани, Крыма, Белоруссии, Польши и в битве за Берлин авиационные соединения и части 4-й ВА произвели 349 тыс. боевых вылетов, сбросили на войска и другие объекты противника около 2 млн бомб. В воздушных боях и на аэродромах было уничтожено и повреждено свыше 5 тыс. вражеских самолетов. Верховный Главнокомандующий 42 раза объявлял благодарность соединениям и частям армии за успешные боевые действия. 283 авиаторам присвоено звание Героя Советского Союза, 7 летчиков дважды награждены медалью «Золотая Звезда», а А.Н. Покрышкин — трижды, 41 360 человек награждены орденами и медалями СССР. В 4 ВА выросли такие замечательные летчики, как трижды Герой Советского Союза А.И. Покрышкин (3-й медали «Золотая Звезда» Героя Советского Союза А.И. Покрышкин был удостоен, находясь во 2-й ВА), дважды Герои Советского Союза Дм. Глинка, Г.А. Речкалов, А.Н. Ефимов, П.Н. Камозин, Г.Ф. Сивков и Н. Степаненко, А.К. Рязанов. За годы Великой Отечественной войны: 17 частей и авиасоединений преобразованы в гвардейские, 46 — удостоены собственных наименований, 76 — награждены орденами.
Подчиненность: Южный фронт (28.07.1942 г. — 28.07.1942 г.) Северо-Кавказский фронт (28.07.1942 г. — 29.07.1942 г.) Донская группа Северо-Кавказского фронта (29.07.1942 г. — 11.08.1942 г.) Донская группа Северной группы войск Закавказского фронта (11.08.1942 г. —
24.01.1943 г.) Северо-Кавказский фронт (24.01.1943 г. — 20.11.1943 г.) Отдельная Приморская армия (20.11.1943 г. — 18.04.1944 г.) Приморская армия 4-го Украинского фронта (18.04.1944 г. — лето 1944 г.) 2-й Белорусский фронт (лето 1944 г. — 10.06.1945 г.)
10.06.1945 г. на основании директивы Ставки Верховного главнокомандования № 11097 от 29 мая 1945 г. вошла в состав Северной группы войск.
Изменения состава 4 ВА в период боев за Крым: