С предельным напряжением работали штабы воздушной армии и авиационных дивизий, управляя боевыми действиями, организовывая бесперебойное материально-техническое и боевое обеспечение. Одновременно им приходилось заниматься отправкой в тыл на укомплектование частей, понесших потери в проведенных боях, приемкой пополнения, распределением, размещением и устройством новых полков на аэродромах базирования. Например, прибывшая 234-я истребительная авиационная дивизия была расформирована. Два ее полка, в том числе 9-й гвардейский истребительный авиационный Одесский Краснознаменный полк под командованием Героя Советского Союза майора Л. Л. Шестакова, включились целиком в состав армии, остальные поэкипажно шли на пополнение других частей. Четыре отдельных истребительных полка были введены в боевой состав 206, 220, 268 и 235-й истребительных авиационных дивизий, а в тыл на переформирование направлены 181-й, 420-й истребительные и 92-й бомбардировочный авиаполки. Из 90-й и 91-й разведывательных авиаэскадрилий начал формироваться 8-й отдельный разведывательный авиационный полк.
24 июня в состав 8-й воздушной армии прибыла из 4-й воздушной армии 221-я бомбардировочная авиационная дивизия в составе 57, 794 и 860-го бомбардировочных авиационных полков (командир дивизии Герой Советского Союза полковник И. Д. Антошкин). Приему этой дивизии, вооруженной самолетами Б-3, было уделено особое внимание. Ввод ее в бой проходил под руководством заместителя командующего воздушной армией генерал-майора авиации С. И. Руденко. Для экипажей была разработана специальная тактика действий. Первые боевые вылеты должны были производиться на высотах не ниже 2000-3000 м группами но шесть самолетов с интервалом 7-8 минут под усиленным истребительным прикрытием. К целям и обратно эти группы вели опытные экипажи на самолетах Пе-2. Воздух в районе целей предварительно расчищался от истребителей противника.
Эффективность боевого применения бомбардировщиков была высокой. Экипажи действовали в боях решительно и отважно. Только за одну неделю, с 29 июня но 4 июля 1942 г., ими было совершено несколько героических подвигов. В воздушных боях бомбардировщиками было сбито восемь истребителей Ме-109, Хе-113 и Ме-110. 11 июля при нанесении бомбардировочного удара но вражескому аэродрому в Марьевке огнем зенитной артиллерии был подбит экипаж сержанта И. И. Девиченко. На самолете загорелся и отказал левый мотор, нарушилось управление, был убит воздушный стрелок сержант И. Я. Ежов. Экипаж, теряя высоту, сбросил бомбы на колонну автоцистерн с горючим. Сильный взрыв опрокинул самолет, и он с креном упал среди холмов, поросших лесом, подалеко от аэродрома. Летчик Девиченко, штурман старший сержант В. В. Журавлев и стрелок-радист младший сержант Н. М. Мысиков сумели выбраться из горящего самолета, укрылись в лесу и 25 июля возвратились в часть, где их уже считали погибшими.