На тот период советским войскам очень не хватало точной и достоверной информации о немецких захватчиках. Как уже говорилось, в начале войны состояние всех видов разведки оставляло желать лучшего. Воздушная разведка не была исключением. С учетом потерь в авиатехнике она не могла на голом энтузиазме в полной мере выполнять поставленные задачи. Советское Верховное Главнокомандование было вынуждено предпринять ряд мер по исправлению создавшейся ситуации. В конце 1941 — начале 1942 г. сформировали 3 разведывательных авиаполка Главнокомандования, осуществлявшие воздушную разведку по прямому указанию Генерального штаба и командующего ВВС. Кроме того, появился отдельный запасной разведывательный авиаполк, в котором готовили квалифицированные экипажи. Весной 1942 г. открыли Училище воздушных разведчиков. Тогда же приняли решение приступить к формированию отдельных разведывательных авиаполков и эскадрилий.
Постепенно количество самолетов у разведчиков увеличилось, улучшилась их подготовка, а также подготовка офицеров штабов и летного состава, повысилась эффективность воздушной разведки. Однако численность разведывательных самолетов на протяжении всей войны не превышала 5,5 % от всей боевой авиации. Это при том, что объем задач постоянно возрастал.
Постепенно довольно остро встал вопрос о необходимости задействовать в разведывательных мероприятиях остальные виды авиации. Директива командующего ВВС предписывала авиационным соединениям иметь нештатные разведывательные авиаподразделения. С 1942 г. в воздушных армиях появились воздушные разведчики в виде полка истребителей, пары эскадрилий штурмовиков и пары эскадрилий легких ночных бомбардировщиков, к которым прикомандировывали самых подготовленных пилотов. Обученные выполнению специфических задач истребители и штурмовики показали себя замечательными воздушными разведчиками поля боя и ближних тылов.
Штатная воздушная разведка, как правило, обеспечивала информацией штабы фронтов. Получалось, что в распоряжении штаба авиационного объединения оставались нештатные самолеты-разведчики.
При вынесении решения во время войны командиры и штабы, конечно, принимали во внимание данные всех видов разведки. Однако первостепенное значение придавалось именно воздушной. Ни одна операция не начиналась без учета сведений, поставляемых авиаразведкой. Ранее принятые планы корректировались в соответствии с новой информацией воздушной разведки. В частности, 15 сентября 1943 г. разведчики 14-й ВА немного западнее Тарту обнаружили перемещение машин, вражеской живой силы, артиллерийских орудий на запад и юго-запад. Узнав об этом, командиры Ленинградского фронта изменили прежнее решение и направили удар левого фланга армии в северо-западном направлении, благодаря чему 22 сентября был освобожден Таллин.
Анализируя Львовско-Сандамирскую операцию, маршал И. С. Конев по поводу значения авиаразведки сказал так: «Благодаря хорошо организованной воздушной разведке, мужеству и настойчивости экипажей-разведчиков мы имели возможность упреждать противника во всех его действиях.»
Во время войны постоянно совершенствовались не только силы и средства авиаразведки, но и организационная структура органов, отвечающих за текущее руководство практической деятельностью воздушной разведки. На первом году войны в штабах фронтов при оперативном отделе находились 1–2 офицера разведки, примерно столько же было и в аналогичном отделе ВВС Красной армии. Но уже в начале 1942 г. в штабах ВВС фронтов формируют самостоятельные разведотделы, а в штабе ВВС Красной Армии — целое разведуправление из 4-х отделов.
Образованные органы разведки укомплектовывались высокопрофессиональными офицерами-разведчиками. В Разведуправлении ВВС не менее 50 % генералов и офицеров имели высшее военное образование. Весьма своевременное решение приняла Ставка Верховного Главнокомандования о закреплении офицеров разведки за соответствующими разведорганами. В результате опытные кадры перестали «утекать» в другие службы, улучшился анализ действий противника, наблюдение за ним велось более качественно.
На вооружение воздушная разведка взяла 2 способа — визуальное наблюдение и фотографирование, т. е. инструментальные средства. Увеличение доли последнего за годы войны составило внушительную цифру — с 10 % в 1941 г. до 87 % в 1945 г. Это говорит о том, что в планировании операций повысилась роль документированной информации. Довольно любопытен опыт воздушной фоторазведки для танковых и механизированных войск. В этом случае самолеты вылетали и фотографировали маршруты предстоящего наступления, после чего снимки монтировали в полноценную панораму запечатленной местности. Далее в виде фотосхем или проецированием на экран все это показывали танкистам, чтобы те наглядно ознакомились с рельефом, естественными препятствиями, немецкими огневыми точками и т. п. Эти панорамы очень ценились командующими соединений и частей сухопутных войск.