Для действий в интересах войск фронта были привлечены 6-й истребительный авиационный корпус ПВО, ВВС МВО, несколько дивизий ДБА и две дивизии ВВС Северо-Западного фронта. В течение нескольких дней они наносили удары по наступавшей группировке врага на вяземском направлении. Координацию действий всей авиации осуществлял представитель Ставки ВГК член Военного совета ВВС Красной Армии корпусной комиссар П. С. Степанов, находившийся с оперативной группой на командном пункте ВВС Западного фронта.
В результате усиления авиации Западного фронта активность ее действий заметно повысилась. В течение девяти дней для поддержки войск фронта она совершила около 2850 самолето-вылетов и нанесла значительные потери врагу. Однако противник, хотя и понес потери, но не был остановлен. Его авиация проявила высокую активность, произведя за это время до 4 тыс. самолето-пролетов в полосе фронта. Советские летчики оказывали активное противодействие фашистской авиации. 5 октября подразделение самолетов Пе-2 39-го бомбардировочного авиаполка под командованием комиссара авиаэскадрильи старшего лейтенанта Б. К. Горелихина после выполнения боевого задания было атаковано десятью истребителями Ме-109. В неравном бою было сбито три истребителя противника.
В полосе войск Резервного фронта наступление противника началось также 2 октября. Прорвав оборону войск фронта, он сумел развить успех в глубину. Малочисленной авиации этого фронта пришлось вести боевые действия в тяжелых условиях отхода своих войск при частой потере связи с ними и между своими авиачастями. Производя в первые дни до 100 самолето-вылетов в сутки, наша авиация действовала по моторизованным колоннам на дорогах в направлении на Юхнов. Через три дня на это направление была привлечена часть сил авиации ВВС МВО, 6-го истребительного авиационного корпуса ПВО и ДБА. В результате за девять суток советской авиацией для поддержки войск фронта удалось произвести 1340 самолето-вылетов. 10 октября Резервный фронт был расформирован, а его войска и авиация переданы в состав Западного фронта.
В результате 11 дней (30 сентября - 10 октября 1941 г.) тяжелых оборонительных боев войска Западного, Резервного и Брянского фронтов отошли на Можайскую линию обороны, значительно задержав продвижение ударных группировок врага. В этом немалую роль сыграла советская авиация, которая, прикрывая Москву, произвела 8500 самолето-вылетов, из них 68% для поддержки войск фронтов и 32% на прикрытие Москвы.
После 10 октября ожесточенные сражения развернулись на можайском рубеже обороны, калининском и тульском направлениях. Ставка ВГК провела ряд мероприятий, сосредоточивая резервы, усилившие оборону войск, особенно на ближних подступах к Москве. На можайском направлении сосредоточились и начали действовать войска 5-й армии и ее авиации в составе более 80 самолетов. С Закавказского фронта были переброшены две дальнебомбардировочные авиадивизии. Кроме того, прибывали вновь сформированные авиачасти из тыла страны.
Наступая на калининском направлении, противник 14 октября захватил Калинин, пытаясь развивать успех на Торжок, однако был остановлен контрударом наших войск при активной поддержке авиации Западного, Северо-Западного фронтов и дальнебомбардировочной авиации, совершивших 1500 самолето-вылетов. Авиация своими непрерывными ударами нанесла большие потери войскам противника, особенно на дорогах южнее Калинина{59}, а наши истребители, блокировав вражеский аэродром в районе Калинина, уничтожили и повредили на нем более 40 вражеских самолетов{60}. В результате упорной обороны наших войск при эффективной поддержке авиации дальнейшее наступление противника на этом направлении к концу октября было остановлено.
В ходе сражения за можайский рубеж обороны по данным всех видов разведки нашему командованию стало известно, что противник готовился 12 13 октября совершить крупный массированный удар по оборонявшимся войскам и тыловым объектам в районе Москвы. Для удара по 20 аэродромам врага было совершено 300 самолето-вылетов. В результате поражения вражеской авиации на аэродромах и в воздухе активность ее действий в полосе Западного фронта сократилась почти в 4 раза.
Активные бои на можайском рубеже начались не одновременно на различных направлениях и развертывались по мере подхода вражеских войск. В отражении непрерывных атак противника на боровском направлении существенную поддержку войскам фронта оказали ВВС МВО (командующий генерал Н. А. Сбытов) и 81-я дивизия ДБА (командир полковник А. Е. Голованов), которые наносили удары по войскам на дорогах и в районах Юхнова, станции Угрюмово, Медыни, Боровска, Малоярославца, Мятлево; разрушили переправу через реку Угра на участке Юхнов, Калуга и взорвали бензозаправочную базу. На аэродромах уничтожили и повредили до 40 самолетов противника. С вводом в сражение дивизии 33-й армии и привлечением для поддержки войск фронта нескольких авиационных полков ВВС Западного фронта, дальнебомбардировочной авиации и 6-го истребительного авиационного корпуса ПВО наступление войск противника к концу октября было остановлено на реке Нара. Советская авиация на этом направлении с 11 по 31 октября произвела более 2300 самолето-вылетов, оказав существенную помощь войскам фронта.
Одновременно велись ожесточенные бои на калужском направлении, где войскам противника удалось прорваться к Тарусе и Алексину. Основные усилия нашей авиации были сосредоточены для действий по войскам врага в районе Калуга, Таруса, Алексин. 23 октября противник в результате совместных действий войск и авиации был остановлен западнее Серпухова. В этот день особенно отличились летчики 120-го истребительного авиационного полка. Они пять раз вылетали группами по 6 - 17 самолетов для штурмовки вражеских войск на поле боя. За 20 суток для поддержки войск фронта на калужском направлении советская авиация совершила до 1800 самолето-вылетов, оказав активную поддержку войскам 49-й армии{61}.
Непосредственно на можайском направлении оборонительные бои начались 14 октября. Войска 5-й армии при поддержке нашей авиации к концу октября остановили противника западнее Кубинки. За 20 суток для поддержки войск фронта советская авиация произвела более 3100 самолето-вылетов, из них свыше 40% - на уничтожение вражеских войск в районе Гжатск, Михайловское, Верея. Особенно эффективно действовала по вражеским войскам штурмовая авиация. 20 октября пять штурмовиков Ил-2 47-й смешанной авиационной дивизии в сопровождении шести истребителей под командованием капитана Романова атаковали западнее Можайска колонну войск. В результате удара повреждено и уничтожено несколько танков и до 17 автомашин. Успеху наших войск и авиации способствовал переход истребителей 6-го истребительного авиационного корпуса ПВО к систематическому прикрытию войск фронта, что снижало активность вражеской авиации.