Тесно взаимодействуя с сухопутными войсками, 16-я воздушная армия наносила эшелонированные удары по узлам сопротивления противника, его отходящим колоннам на дорогах и войскам у переправ. При отражении контрударов противника осуществлялись сосредоточенные удары с участием в них от 100 до 160 самолетов. 5 сентября в результате удара по частям 2-й немецкой танковой армии, изготовившимся к контрудару в районе Конотопа, враг потерял до 100 автомашин, 3 танка, 32 орудия, 4 склада с боеприпасами и до роты пехоты.
Большая помощь войскам оказывалась авиацией и при освобождении города Бахмач. Стремясь удержать этот город, как важный узел железных и шоссейных дорог, противник упорно сопротивлялся. Вызванные на поле боя штурмовики и бомбардировщики нанесли мощные удары по опорным пунктам врага и скоплению его войск. Наши войска ворвались в Бахмач и освободили его.
Эффективность действий авиации была высокой. Пленные немецкие солдаты и офицеры рассказывали, что часть сил 45-й пехотной дивизии, перебрасываемых на автомашинах из Комаричей в Павловский, в пути дважды подвергались сильной бомбардировке. В результате от полка осталось не более одного батальона. А во время бомбардировки их частей, сосредоточенных в роще севернее Шведчиковы и в оврагах около населенных пунктов Галчинский, Павловский, потери убитыми и ранеными составили до 80%. Наряду с уничтожением врага на поле боя авиация нарушала и его железнодорожные перевозки, бомбардировала аэродромы, прикрывала наши наступавшие войска и переправы и вела воздушную разведку.
Борьба с авиацией велась как на аэродромах, так и в воздухе. Удачным был налет 3 сентября на аэродром Конотоп, в ходе которого две девятки бомбардировщиков 6-го смешанного авиационного корпуса сожгли десять и повредили девять вражеских самолетов.
Наиболее напряженные бои в воздухе проходили в период разгрома нежинской группировки. Немецкое командование, стремясь задержать выход наших войск к Днепру, прилагало все усилия, чтобы удержать город Нежин, как важнейший узел железных и шоссейных дорог и последний опорный пункт на пути к Киеву. Недостаток в сухопутных войсках оно решило компенсировать авиацией. Вражеские бомбардировщики пытались ударами по войскам и ближайшим тылам замедлить темп нашего наступления, но советские истребители надежно прикрывали войска и часто срывали их налеты.
При дальнейшем наступлении войска Центрального фронта преодолели Десну и, выйдя к Днепру, с ходу форсировали эту крупную водную преграду севернее Киева. Переправа при поддержке авиации и артиллерии началась на рассвете 22 сентября. К исходу дня советские части прочно овладели плацдармом, а на следующий день продвинулись на запад от Днепра на 35 км. К исходу 30 сентября был также захвачен плацдарм в районе Дымера и севернее его. Подтянув к району форсирования части четырех танковых дивизий, противник яростными контратаками пытался отбросить наши войска на левый берег Днепра. Его авиация начала еще активнее действовать по нашим войскам и переправам.
В борьбу за удержание плацдармов сразу же включилась и 16-я воздушная армия. Действуя с максимальным напряжением, ее летчики бомбардировали контратакующие войска и успешно отражали налеты противника. При поддержке авиации сухопутные части отбили многочисленные атаки врага и удержали захваченные плацдармы.
При активной поддержке авиации наши войска продвинулись до 200 км и своим левым крылом вышли к Днепру и Припяти, захватив на их правом берегу плацдармы. Были созданы благоприятные условия для развития наступления войск Воронежского и Степного фронтов.
Тем временем, отразив все контрудары противника и разгромив его зеньковскую группировку, войска Воронежского фронта к 10 сентября охватили восемь дивизий врага с фланга восточнее Прилуки.
Войска Степного фронта, перешедшие в наступление 25 августа, наносили главный удар на полтавско-кременчугском направлении. Сопротивление врага было упорным. Но когда его северный фланг был охвачен войсками Воронежского фронта, он вынужден был начать отход к Днепру. В это время усилия 2-й и 5-й воздушных армий сосредоточивались на уничтожении отступавших войск на дорогах, у переправ и мостов, а также на подавлении узлов сопротивления и опорных пунктов. В боях за Полтаву особо отличились штурмовики и истребители 5-й воздушной армии (командующий генерал С. К. Горюнов). За героизм и отвагу участвовавшие в освобождении этого города 266-я штурмовая (командир полковник Ф. Г. Родякин) и 294-я истребительная (командир полковник В. В. Сухорябов, с 27 июля 1943 г. подполковник И. А. Тараненко) авиационные дивизии получили наименование Полтавских.
