Был получен также опыт организации и осуществления взаимодействия авиации с сухопутными войсками и между ВВС нескольких фронтов, а также дальнебомбардировочной авиацией и авиацией ПВО Москвы, который был использован в последующих операциях Отечественной войны и получил дальнейшее развитие.
В битве под Москвой была осуществлена проверка организационной структуры ВВС. Опыт боевых действий показал, что наличие ВВС общевойсковых армий и смешанных авиационных соединений значительно затрудняло маневр и массированное применение авиации на важнейших участках фронта. В целях сосредоточения авиации в одних руках и дальнейшего повышения ее боеспособности по решению Ставки ВГК в мае - ноябре 1942 г. из ВВС фронтов были созданы воздушные армии. Такая организационная структура авиационных объединений дала положительные результаты и существовала в течение всей Отечественной войны. Одновременно было признано целесообразным выделить соединения дальних бомбардировщиков и создать авиацию дальнего действия, подчиненную непосредственно Ставке ВГК.
В битве под Москвой и в операциях на других участках советско-германского фронта привлекались авиационные соединения РГК для усиления ВВС фронтов. Однако незначительное количество таких соединений и небольшой их численный состав не позволяли обеспечивать превосходства над авиацией противника, и поэтому приходилось для усиления ВВС фронтов привлекать авиационные соединения других видов авиации.
Опыт этой операции показал необходимость создания крупных авиационных резервов. Летом и осенью 1942 г. было сформировано десять истребительных, штурмовых и бомбардировочных авиационных корпусов РГК, что было одним из важнейших условий успешного выполнения задач Военно-воздушными силами.
В период наступления под Москвой со всей очевидностью проявились положительные стороны организационных мероприятий по совершенствованию структуры органов авиационного тыла, принятой в августе 1941 г. Батальоны аэродромного обслуживания стали более подвижными, а с упразднением управлений авиационных баз улучшилось руководство ими. Органы авиационного тыла стали способными в короткие сроки подготавливать новые полевые аэродромы и своевременно создавать на них необходимую материально-техническую базу. Новая структура позволила улучшить управление, планирование и организацию тылового обеспечения боевых действий авиации в операции, проводимой несколькими фронтами. Большой опыт приобрела инженерно-авиационная служба в обеспечении боевых действий и восстановлении поврежденных самолетов.