Из управлений военно-воздушных сил 21, 28 и 38-й армий Юго-Западного фронта были соответственно сформированы управления 272-й ночной легкобомбардировочной авиационной дивизии (командир полковник П. О. Кузнецов), 269-й истребительной авиационной дивизии (командир полковник Н. П. Ларюшкин) и 271-й ночной бомбардировочной авиационной дивизии (командир полковник М. X. Борисенко). Из управлений ударной, маневренной и резервной авиационных групп фронтового подчинения были сформированы управления 270-й бомбардировочной авиационной дивизии (командир полковник О. А. Егоров}, 268-и истребительной авиационной дивизии (командир полковник Б. А. Сиднев) и 228-й штурмовой авиационной дивизии (командир полковник В. В. Степичев).
В состав воздушной армии вошли прибывшие с других фронтов и из тыла страны 220-я истребительная авиационная дивизия (командир генерал-майор авиации А. В. Борман) и 206-я истребительная авиационная дивизия (командир полковник В. А. Срывкин), а также 226-я штурмовая авиационная дивизия (командир полковник М. И. Горлаченко).
Кроме этих девяти авиационных дивизий в армию включались четыре смешанных авиационных полка, предназначенные для действий в интересах общевойсковых объединений, а также семь отдельных авиационных эскадрилий различного назначения (разведывательных, санитарных, связи), транспортный отряд и Киевская особая авиагруппа ГВФ (командир полковник Ш. Л. Чанкотадзе). 12 июня прибыла 235-я истребительная дивизия (командир подполковник И. Д. Подгорный), а 13 июня - шесть отдельных истребительных полков. Всего в состав 8-й воздушной армии вошло 49 авиационных полков, имевших 596 боевых самолетов, 116 - вспомогательной авиации и 124 - транспортных. Для тылового обеспечения авиачастей было выделено 40 батальонов аэродромного обслуживания, объединенных в пять районов аэродромного базирования (РАБ).
Первой в 8-й воздушной армии начала боевые действия 271-я ночная бомбардировочная авиационная дивизия полковника М. X. Борисенко. Выполняя задачи но уничтожению живой силы и техники врага в районах Волчанок, Васпленково и Юрченково, а также на аэродроме Ячнев Колодец, 18 экипажей дивизии на самолетах СБ, ДБ-3ф и Р-5 в ночь на 13 июня произвели 22 боевых вылета. Днем 13 июня армия вела боевые действия силами 18 бомбардировщиков, 20 штурмовиков и 120 истребителей. Погода не благоприятствовала полетам, временами шли дожди с грозами, поэтому задания выполнялись небольшими группами. В ночь на 14 июня 271-я бомбардировочная дивизия нанесла удары но 11 аэродромам противника (Белгород, Чугуев, Рогань, Харьков-Центральный и другим), уничтожая на них авиационную технику и выводя из строя летные поля. В результате этих действий за первые двое суток 57 дневных и ночных бомбардировщиков, 24 штурмовика и 180 истребителей воздушной армии, совершив 605 самолето-вылетов, уничтожила и повредили 78 танков противника, 211 автомашин с войсками и воинскими грузами, 7 автоцистерн с горючим для автомашин и танков, 18 конных повозок с военным снаряжением, разрушили 2 переправы через реку Северский Донец, рассеяли и частично уничтожили до 470 вражеских солдат и офицеров.