Тридцатые годы двадцатого века стали поворотным этапом в развитии советской военной авиации: в СССР начался бум самолетостроения. Всего за несколько лет на вооружение военно-воздушного флота встали истребители И-2, И-3, И-4 и И-5, самолеты-разведчики серии "Р", а также новые бомбардировщики различных типов и штурмовики.
Три тяжелых бомбардировщика представило конструкторское бюро Туполева: ТБ-1, ТБ-3 и скоростной СБ. ОКБ-39 под руководством Сергея Ильюшина создало дальний бомбардировщик ДБ-3. Позднее, к середине 1930-х годов, на вооружение встали истребители И-15, И-153 и легендарный "ишачок" И-16.
Появление новых отечественных самолетов привело к резкому сокращению количества импортных истребителей и бомбардировщиков. За период с 1928 по 1932 год число иностранных самолетов упало с почти 100 до трех-четырех процентов, а парк военной авиации вырос в 2,6 раза.
Одновременно в Советском Союзе начали внедрять первые авиационные двигатели собственного производства. Так, если истребители И-3 оснащались немецкими двигателями BMW-VI, то И-15 поставлялись уже с советскими двигателями М-22 и М-25 (лицензионные версии британского Bristol Jupiter и американского Wright соответственно). Вслед за ними появились двигатели М-62/М-63, созданные по образу и подобию американских, но уже считавшиеся разработкой советских инженеров.
В начале 1930-х годов военно-воздушный флот претерпел несколько существенных структурных изменений. В состав военной авиации вошли Воздушно-десантные войска. В свое распоряжение подразделения ВДВ получили новые транспортные и разведывательные самолеты. Позже, в конце 30-х годов XX века, вместо бригадных соединений в авиации появились полки и дивизии. В каждый полк входило от четырех до пяти эскадрилий общей численностью 40-60 самолетов.
К началу Второй мировой войны существенным образом - до 36,8 процента от общей численности парка
военной авиации - выросло количество истребительных соединений. На бомбардировщики и штурмовики приходилось чуть более половины всех советских военных самолетов. Оставшиеся 9,5 процента составляли самолеты-разведчики.
Подготовкой летного состава к 1938 году занималось 18 специализированных учебных заведений. После реформы 1935 года свою военную карьеру военные пилоты начинали в звании младших лейтенантов. Полученные в летных школах навыки пилоты смогли применить сразу в нескольких крупных вооруженных конфликтах.
Первым стала гражданская война в Испании. Тогда на помощь республиканскому правительству левого толка в борьбе с националистами Франсиско Франко пришли советские летчики-добровольцы на истребителях И-15 и И-16.
Свой первый бой советские истребители провели в ноябре 1936 года. Поначалу И-16 успешно противостояли немецким бипланам Heinkel He 51. Затем советские самолеты показали превосходство и над новыми истребителями люфтваффе Messerschmitt Bf.109. Однако с появлением доработанной версии немецкого самолета Bf.109B ситуация в испанском небе изменилась в пользу националистов. Новые "Мессершмитты" были быстрее и маневренней советских И-16.
Не отставали от советских летчиков и сами испанцы. Помимо вооружения и техники Советский Союз поставил республиканцам в общей сложности 800 советских самолетов, включая И-15, И-16, И-152, Р-5 и СБ.
После Испании российским истребителям предстояло показать себя в воздушных боях с японскими летчиками у монгольской реки Халкин-Гол весной-осенью 1939 года. В первые дни конфликта советский военно-воздушный флот потерял 15 самолетов. Японцы за то же время лишились всего одной машины.
Баланс сил в районе конфликта переменился после того, как в мае 1939 года Москва направила к границе с Маньчжурией дополнительные истребители И-16 и И-153 под управлением опытных летчиков, прошедших гражданскую войну в Испании. В ожесточенных воздушных сражениях в конце июня 1939 года Япония лишилась 90 самолетов. Потери СССР составили 38 машин.
В общей сложности за время конфликта Советский Союз потерял на Дальнем Востоке 207 самолетов и 211 летчиков. Япония осталась без 164 самолетов.
В ноябре 1939 года, спустя два месяца после объявления Англией и Францией войны нацистской Германии, Советский Союз вступил в вооруженный конфликт с Финляндией. Для боев с финнами по большей части использовались истребители И-16 и бипланы Поликарпова.
За время финской войны Советский Союз потерял 627 самолетов. Из них большая часть была сбита в бою, треть потеряна в катастрофах и авариях, и почти 20 процентов были списаны из-за полученных повреждений. Финляндия, по официальным данным, потеряла в боях 76 самолетов, еще 51 машина получила серьезные повреждения. По советским же оценкам, финны лишились 362 самолетов.
Завершившаяся в марте 1940 года война показала существенное отставание советских военно-воздушных сил как в техническом плане, так и в плане подготовки и управления войсками. К Великой Отечественной войне СССР пришел с 26 с лишним тысячами военных самолетов. Из них на боевые приходилось почти 15 тысяч машин, остальные были учебными. Штат ВВС насчитывал 363,9 тысячи человек.
Военное превосходство над Советским Союзом Германия продемонстрировала уже в первые дни войны. В ходе операции "Барбаросса" летчики люфтваффе уничтожили около 2000 советских самолетов. Причем большая их часть так и осталась на аэродромах, не успев дать отпор противнику.
На начало Великой Отечественной войны советские ВВС уступали немецким по большинству параметров, включая техническое совершенство самолетов и качество подготовки экипажей. Кроме того, советские авиационные части были разрозненны. Немецкие же ВВС делились на флоты, каждый численностью около 1000 самолетов. Результат неравного соперничества был катастрофическим. На 31 декабря 1941 года СССР потерял свыше 21 тысячи самолетов.
Самыми массовыми самолетами во время войны стали штурмовик Ил-2 и истребитель Як-1. На них приходилось около половины всего военно-воздушного флота СССР. Однако дать настоящий отпор немецким "Мессершмиттам" удалось лишь с появлением более быстрых и маневренных истребителей Яковлева следующего поколения - Як-3, Як-7 и Як-9. Помимо "Яков" отпор нацистской авиации оказывали истребители Лавочкина Ла-5 и Ла-7, Микояна и Гуревича (МиГ-1 и МиГ-3), штурмовики Ил-10 (с 1944 года), бомбардировщики Пе-2 и Ту-2.
С каждым годом советские самолеты становились все совершенней: инженеры дорабатывали надежность машин, аэродинамику, двигатели и вооружение. Ударную мощь военной авиации обеспечивали универсальные пулеметы Березина различных модификаций (УБК, УБТ, БС), пулеметы ШКАС, малокалиберные автоматические пушки Б-20, ВЯ-23 и НС-23, а также крупнокалиберные пушки НС-37, НС-45 и реактивные снаряды РС-82 и РС-132 (и их модификации). На вооружении бомбардировщиков помимо прочего стояли фугасные авиабомбы ФАБ-25, ФАБ-50 и ФАБ-100.
Окрепшую технически военную авиацию с 1942 года стали объединять в воздушные армии. Силы дальней авиации объединили в Авиацию дальнего действия и подчинили непосредственно верховному главнокомандующему. Осенью того же года началось формирование отдельных авиационных корпусов и дивизионов резерва Верховного главнокомандования. Это, в свою очередь, позволило оперативно перебрасывать авиационные части и соединения на важнейшие участки сражений.
Советская авиация сыграла, возможно, решающую роль в битвах за Москву, на Курской дуге и под Сталинградом. С лучшей стороны советские военные летчики проявили себя в боях на Кубани, на западе Украины и в Белоруссии. Если в начале войны в операциях участвовало от 200 до 500 советских боевых самолетов, то в 1945 году в Берлинской операции было задействовано уже 7500 самолетов.
В общей сложности за годы войны в Советском Союзе было изготовлено свыше 115 тысяч самолетов. Еще более 14 тысяч самолетов различных типов (около 12 процентов от общего числа) поставили страны-союзницы. Так, США отправляли в СССР истребители Curtiss P-40 Warhawk (в версиях Tomahawk и Kittyhawk), Bell P-39 Airacobra и P-63 Kingcobra, Republic Aviation P-47 Thunderbolt, бомбардировщики Douglas A-20 Havoc (также известные как Boston), North American B-25 Mitchell, летающие лодки Consolidated PBY Catalina и транспортники Douglas C-47 Skytrain (Dakota). Летные училища за годы войны выпустили 44093 летчика. Из них в боях погибли 27600 человек.
1930-1940-е годы стали периодом становления советской военной авиации. В СССР зародились большие конструкторские бюро, инженеры наладили выпуск первых отечественных авиационных двигателей, а оружейники разработали десятки авиационных пулеметов и пушек. Промышленность получила масштабную сеть авиационных заводов, способных в кратчайшие сроки поставить на фронт новые боеспособные самолеты. Все это помогло Советскому Союзу вступить на новый этап развития военной авиации, где количество переходит в качество.