Самолет ТБ-3, несмотря на низкую экономичность и скорость, был незаменим для транспортировки военных грузов большого габарита и веса. Он мог посадочным способом транспортировать легкий танк или; автомобиль с 45-мм пушкой, или две 76-мм пушки на внешней подвеске. К началу войны были разработаны технические условия на производство ПС-84 в десантном варианте, позволявшем транспортировать при внутренней загрузке 45-мм и 76-мм пушки, мотоциклы и другую технику. Война помешала выполнить намеченные планы.
К началу её парк самолетов, который можно было использовать для выполнения транспортно-десантных задач, обладал грузоподъемностью 1640 тонн (при боеготовности 80%), в том числе грузоподъемность самолетного парка ГВФ составляла около 520 тонн (32%). Таrой парк был способен в значительной мере обеспечить потребности в транспортной авиации.
Однако война внесла свои коррективы. Большие потери самолетов дальнебомбардировочной авиации в начале войны не позволили широко использовать их для выполнения транспортно-десантных задач. Более того, транспортный самолет Ли-2 применялся все годы войны как ночной бомбардировщик и лишь в небольшом количестве поступал в Московскую авиагруппу особого назначения (с декабря 1942 года 1 атд ГВФ), во фронтовые части ГВФ, а с конца 1943 года - в авиацию ВДВ.
Создалось несоответствие между возможностями Воздушно-десантных войск, которые к началу войны имели пять воздушно-десантных корпусов обшей численностью около 200 тысяч человек, и возможностями ВВС по их десантированию. Лишь с середины 1942 года наша промышленность начала восполнять потери транспортных самолетов и их количество в ВВС Красной Армии и формированиях ГВФ стало постоянно увеличиваться.
Для решения транспортно-десантных задач в годы войны привлекались многие авиационные соединения и части АДД и ВВС Красной Армии, но основной их объем был выполнен соединениями и частями, сформированными на базе ГВФ. Уже в первые дни войны из подразделений территориальных управлений ГВФ были сформированы особые авиагруппы, преобразованные в 1942 году отдельные полки и дивизии ГВФ. С мая 1942 года ГВФ был передан в прямое подчинение заместителю Наркома обороны по авиации - командующему ВВС Красной Армии. В разные периоды войны в ГВФ насчитывалось от 2300 до 3000 самолетов, из них 220 - 300 транспортных.
Наиболее сильным военно-транспортным авиационным соединением в руках Верховного Главного Командования являлась Московская авиагруппа особого назначения (1 атд) ГВФ, насчитывавшая в начале войны 138 самолетов, из них 83 самолета ПС-84. В последующем в составе 1 атд было сформировано три авиационных транспортных полка (по 30 Ли-2) трех-эскадрильного состава.
Положение с выпуском самолетов Ли-2 улучшилось с весны 1942 года. Они начали поступать в авиацию дальнего действия на замену самолетов ТБ-3. На базе ГВФ была развернута подготовка кадров на Ли-2. С июля 1941 года по июль 1942 года было подготовлено 500 пилотов, около 290 бортмехаников и 270 бортовых радистов. Наличие этих кадров позволило в марте 1942 года приступить к формированию 1-й транспортной авиационной дивизии на самолетах ПС-84 в составе 101, 102 и 103-го транспортных авиационных полков. К июню 1942 года формирование было закончено и дивизия приступила к выполнению боевых задач. Хотя, в связи с успешным применением самолетов ПС-84 в качестве ночных бомбардировщиков, 1 тад уже в конце июля 1942 года была переименована в бомбардировочную авиационную дивизию дальнего действия, все же это было первое военно-транспортное соединение Советских ВВС.
Всего на самолеты Ли-2 к лету 1944 года было перевооружено 15 бомбардировочных авиаполков. За всю войну авиация дальнего действия получила от промышленности более 1200 самолетов Ли-2 и в ходе боевых действий все чаше привлекалась для выполнения транспортно-десантных задач.
Кроме самолетов для десантирования войск и грузов широко применялись десантные и грузовые планеры, состоявшие на вооружении ВВС. С 1942 года по май 1945 года было получено из США около 480 самолетов С-47. Однако даже в конце войны количество транспортных самолётов лишь немного превышало тысячу единиц. В начале войны недостаток транспортной авиации ощущался особенно остро и явился одной из причин неудачного десантирования 4 вдк в январе-феврале 1942 года.
В годы Великой Отечественной войны был получен значительный опыт применения воздушных десантов в самых разнообразных гееграфических условиях: под Москвой, в Белоруссии, на Украине, на Дальнем Востоке. В целом война подтвердила предвоенные взгляды на применение воздушных десантов в операциях, однако они не нашли столь широкого применения, как предполагалось, и прежде всего из-за нехватки транспортных самолетов. Всего советским командованием было применено более 40 воздушных десантов в основном тактического значения. Оперативное значение имели: воздушный десант в составе 4-го воздушно-десантного корпуса в районе Вязьмы зимой 1942 года и выброска 3-й и 5-й воздушно-десантных бригад в районе Канева при форсировании Днепра в сентябре - октябре 1943 года.
В январе 1942 года в результате контрнаступления под Москвой сложилась обстановка, позволявшая нашим войскам окружить и уничтожить вяземскую группировку противника. Для завершения окружения было решено применить воздушный десант в районе Озеречня в составе 4 вдк, насчитывавшего около 10 000 человек. Из-за отсутствия у нашего командования опыта применения крупных воздушных десантов, острого недостатка авиации (всего было выделено 40 Ли-2 и 25 ТБ-3), неудовлетворительной организации прикрытия транспортной авиации в исходном районе для десантирования и на маршрутах полета, транспортная авиация несла большие потери, точность выброски была низкой, а сроки десантирования были растянуты в несколько раз. В результате за пять ночей с 27 января по 1 февраля было десантировано всего около 2300 человек с легким вооружением. В связи с изменением оперативной обстановки десантирование было прекращено и возобновилось 19 февраля из нового исходного района восточнее Москвы в район Желание с целью окружения юхновской группировки врага. Командование учло допущенные ранее ошибки, и выброска осуществлялась более успешно. За шесть ночей было десантировано 7000 человек и около 1500 мест с оружием, боеприпасами и продовольствием. Однако качество десантирования и на этот раз оставалось низким. Растяжка по времени выброски десанта и сбора его вследствие разброса на большой площади привела к тому, что немцы успели принять меры по усилению своих войск и цели воздушно-десантной операции достигнуты не были.