Вторжению 1941 года в Югославию способствовала и эскадра воздушных шпионов Ровеля, базировавшаяся в юго-восточной Австрии. Поскольку Германия еще не объявила войну Югославии, пилоты были одеты в штатское, а самолеты несли штатские опознавательные знаки. За десять дней до вторжения это подразделение проявляло особенную активность, а результат их операций отправили фотоподразделению на специальном поезде Геринга.
Но основные силы в начале 1941 года были брошены на разведку территории Советского Союза. Для удовлетворения этой экстренной нужды в январе, через несколько недель после издания Гитлером директивы об операции "Барбаросса", Ровель организовал четвертую эскадрилью. Новая эскадрилья отправляла самолеты и на ближние, и на дальние миссии проникновения из различных мест — из Кракова в Польше, из Бухареста в Румынии, из Киркенеса на норвежском побережье. При наиболее глубоком проникновении самолеты долетали до Черного моря, удаляясь от базы приблизительно на 750 миль. Полученные в таких миссиях фотографии показывали промышленные объекты, а также новейшие советские полевые фортификации. Конечно, полеты продолжались и после начала операции "Барбаросса". Так, 26 июня один разведывательный самолет сфотографировал аэродромы вокруг Москвы. Советские истребители и зенитки ПВО пытались прервать эту миссию, но безуспешно, поскольку ни те ни другие не достигали высоты Ju-88.
Советский "Полевой устав" 1936 года обозначал воздушную разведку как "главное средство получения командиром стратегических данных… и главное средство получения тактических сведений". Но в то время как немецкие самолеты во второй половине 1941 года летали над Советским Союзом, отыскивая новые цели для наступающих фашистских войск, советской воздушной разведки практически не существовало. Немецкое наступление в июне сокрушило советские ВВС, из-за чего Советы не могли всерьез полагаться на воздушную разведку при отслеживании передвижений войск агрессора.
Перед нападением немцев Советский Союз располагал десятью разведывательными полками, подчиненными военным округам. К концу июля 1941 года не осталось практически ни одного разведывательного самолета. И хотя все уцелевшие самолеты занимались выполнением разведывательных миссий, исключительно разведкой занимались 10–13 процентов, но очень немногие из них соответствовали требованиям настоящих разведывательных самолетов. Далее, многие разведывательные миссии были визуальными, а их фотографические возможности в 1941 году были весьма ограничены. И лишь в ноябре 1941 года было сформировано первое фоторазведывательное подразделение, вооруженное самолетом Пе-2. В 1942 году Советы получили некоторое количество "спитфайров", оставленных Королевскими ВВС, действовавшими на них с территории Северной России против целей в Норвегии.
В январе 1942 года немецкие войска оказались в котле в районе Демьянска, и 16-я немецкая армия укрепилась там, возведя большое количество земляных фортификационных сооружений. Именно тогда Советы впервые воспользовались воздушной съемкой для определения боевого состава обороны немцев; фотографическую разведку немецких позиций проводила 6-я воздушная армия. На основе фотографий готовили карты в масштабе 1: 25000 и 1: 50000, передавая их затем на анализ фронтовым картографам. Точность фотографических планов колебалась от 80 до 100 процентов для огневых точек, рвов и дотов; 75 процентов для огневых позиций артиллерии и 35–50 процентов для позиций отдельных орудий, минометов и зениток. В советском донесении по завершении операции делался вывод, что "воздушная фотография — наиболее эффективное средство выявления степени и характера инженерного оборудования вражеских позиций. Результаты ее расшифровки в сочетании с данными наземной разведки в конечном итоге предоставляют исчерпывающую информацию о вражеской обороне".
Но визуальная разведка в течение длительного периода оставалась преобладающим видом воздушной разведки. Даже к осени 1942 года лишь 25 процентов полетов осуществлялись для фоторазведки, отчасти из-за погодных условий.
Летом того же года немецкие войска хлынули на восток, к Воронежу, вслед за чем последовал удар на юго-восток к излучине Дона. Поначалу оказав противнику серьезное сопротивление, Красная армия ответила затем рядом контрнаступлений в районе Воронежа вдоль верхнего течения Дона, а также в его излучине. В то же самое время немецкие войска пробивались на восток к Сталинграду и юго-восток к Кавказу.
В октябре советское Главнокомандование (Ставка) решило начать упорную оборону Сталинграда, заложив фундамент стратегического контрнаступления вдоль подступов к Кавказским горам. Ставка полагала, что уничтожение немецких армий в районе Сталинграда остановит немецкое наступление на Кавказ, позволит Советам отвоевать важные районы Дона и Кубани, а возможно, и ускорить освобождение играющего кардинальную роль Донецкого угольного бассейна.
Во время подготовки к фазе контрнаступления в районе среднего течения Дона (16–28 декабря) две воздушные армии получили задание "осуществлять разведку в интересах будущей операции, фотографировать вражеский оборонительный сектор на правом берегу Дона и выявить источники и направления доставки его оперативных резервов к линии фронта". Однако скверная погода помешала проводить воздушную разведку до 8 декабря. С 8 до 15 декабря советские самолеты осуществили 212 разведывательных вылетов. Полеты полностью раскрыли систему вражеской обороны и сфотографировали главный оборонительный пояс на правом берегу рек Дон и Чир в секторе от Россоши до Нижне-Чирской на глубину от семи до девяти миль. Кроме того, были сделаны фотографии скоплений вражеских войск и аэродромов в Кантемировке, Чертково, Миллерово, Тацинской и Морозовске.
Воздушная разведка обеспечила еще два важных вида сведений: резервы немцев напротив основных осей наступления Советского Союза весьма незначительны и занимают подготовленные инженерные сооружения не на всю оперативную глубину заднего эшелона обороны. Согласно официальной советской сводке, "качество воздушной разведки было очень высоким, и полевые командиры располагали исчерпывающими данными, на которых базировали свои решения по овладению рубежами обороны противника". Благодаря воздушной разведке Миллерово, Тацинской и Чемишковского были получены сведения, позволившие уничтожить 120 немецких самолетов, атакованных прямо на базах, что, в свою очередь, помогло советским войскам добиться воздушного превосходства в начальной фазе контрнаступления.
Но успех в Сталинграде еще не положил немецким победам конец. После почти трехмесячных непрерывных боев, окончившихся поражением советских войск в феврале и марте 1943 года, на Восточном фронте наступило затишье. В это время Гитлер и его стратеги раздумывали над тем, как вермахту развить свои мартовские победы и отвоевать стратегическую инициативу на востоке. Вскоре они остановили свой выбор на Курской дуге. Согласно послевоенным отзывам немцев:
Курский выступ казался особенно удобным участком для атаки. Одновременное немецкое наступление с севера и с юга поймало бы мощное скопление русских войск в западню. Далее следовало надеяться, что удастся разбить оперативные резервы, которые враг бросит в бой. Более того, ликвидация этого выступа чрезвычайно сократила бы длину линии фронта.
Операция получила кодовое название "Цитадель" (Zitadelle).
К маю Ставка благодаря интенсивной кампании по сбору разведданных, включавшей и воздушную разведку, получила надежные сведения о передвижениях немецких войск и переброске боеприпасов в сектора Орла, Кром, Брянска, Харькова, Краснограда и Полтавы. В районах Орла и Кром воздушно-разведывательные суда засекли в тех же регионах более девятисот танков и шестнадцати аэродромов.
По мере продвижения подготовки к сражению воздушноразведывательные подразделения армий стремились добиться полного охвата всего сектора своей ответственности. Однако от 70 до 80 процентов разведывательных полетов покрывали только подступы к районам обороны. А во время ночных полетов основное внимание было сосредоточено на железнодорожных линиях и главных автомагистралях, которыми немцы пользовались для переброски войск.