Проблема ночной аэрофотосъемки особенно остро встала, когда блицкриг против Советского Союза провалился. Линия фронта протянулась на многие тысячи километров с юга на север, и если в летние месяцы с авиаразведкой все было в порядке, то с наступлением осенне-зимнего периода световой день быстро сокращался, причем чем дальше на север, тем больше. Например, в ноябре на центральном участке Восточного фронта советские войска в прифронтовой полосе и объекты в тылу находились под присмотром лишь одну треть суток. Темнело уже в 16.00–16.30, и затем до 07.00 следующего дня стояла непроглядная тьма. Все это время — в течение почти пятнадцати часов — русские могли спокойно перебрасывать свои части, возводить мосты, переправляться через реки и так далее.
В апреле 1942 г. были сформированы первые три ночных разведывательных эскадрильи. Они были подчинены непосредственно «генералу Люфтваффе при Главном командовании сухопутных войск» и потому получили довольно длинные обозначения, например, Nacht Aufkl.Sta 1/Gen.d.Lw.b.Ob.d.H.
Затем в августе была образована еще одна эскадрилья, которой дали уже обозначение покороче — Nacht Aufkl.Staffel 4. Через два месяца — в октябре — такие же обозначения получили и первые три эскадрильи: Nacht Aufkl.Sta 1/Gen.d.Lw.b.Ob.d.H. стала Nacht Aufkl.Staffel 1 и так далее. Однако просуществовали они под этими наименованиями всего ничего.
В том же октябре 1942 г. эти четыре эскадрильи вошли в состав первой и, как затем оказалось, единственной в Люфтваффе авиагруппы дальней ночной разведки. Они снова были переименованы: Nacht Aufkl.Staffel 1 — l.(F)/Aufkl.Gr.Nacht и так далее — и под этими обозначениями просуществовали уже до самого конца войны.
С появлением боевых эскадрилий ночных разведчиков уже ничто не могло укрыться от всевидящего ока воздушной разведки.
Самолеты-разведчики могли не только вести наблюдение за ночным передвижением войск и форсированием рек, за движением судов и конвоев, но и выявлять места их ночных якорных стоянок. Они были в состоянии вести разведку сил противовоздушной обороны, а именно идентифицировать позиции зенитных прожекторов и батарей, скрытых днем маскировочными сетями. Кроме того, разведчики могли сразу же зафиксировать результаты ночных бомбардировок.
На Западном и Восточном фронтах ночные разведчики применяли разную тактику. Над Россией аэрофотосъемка объектов выполнялась обычно с высоты 1200–1800 м, но иногда и с 3600 м. При малой высоте после сброса осветительных бомб цель можно было снимать даже небольшой камерой, но часто использовалась и широкоформатная камера с фокусным расстоянием 35 см. Одной из главных задач ночной аэрофотосъемки на Восточном фронте было установление расположения аэродромов и мест форсирования рек. Наблюдение за шоссейными и железными дорогами велось обычно визуально, при этом, исходя из условий погоды, совершались от трех до семи вылетов за ночь.
На начальном этапе для ночной разведки на Восточном фронте, где была слабая система ПВО, использовались самолеты Do-17, Do-215 и Не-111. Позднее им на смену стали поступать более совершенные Do-217.
На Западе противовоздушная оборона была значительно сильнее, что неизбежно сказывалось на тактике ночных разведчиков. Обычно аэрофотосъемка производилась с высоты 6400–9000 м. Единственным исключением были вылеты, имевшие целью наблюдение за портами и судоходством, а также контроль результатов бомбардировок, когда съемка велась с высоты от 3500 до 5500 м. Если условия полета позволяли, то время прохождения над целью выбиралось так, чтобы лунный свет мог облегчить обнаружение и идентификацию объектов. Однако в полнолуние увеличивался риск самого самолета-призрака быть обнаруженным истребителями ПВО.
Соответственно над Западной Европой и Средиземноморьем использовались более скоростные Ju-88D, которым на смену с 1943 г. стали приходить усовершенствованные Ju-188. В конце войны в эскадрильи ночной разведки стали поступать также «Мессершмитты» Ме-410. Использовать эту двухместную машину позволило полностью автоматизированное фотооборудование, благодаря которому отпала необходимость иметь на борту самолета лишнего члена экипажа.
В 1943 г. специально для ночной аэрофотосъемки была разработана мощная осветительная бомба (Blitzbomben). Ее взрыватель мог быть установлен на разную высоту, но обычно использовалась высота 2700 м. После его срабатывания световая вспышка мощностью 40 млн свечей длилась примерно 1/2 секунды. Интервал между подрывом бомбы и засветкой пленки определялся в зависимости от скорости и высоты полета разведчика.