Приказом от 12 октября 1941 г. 5-я учебная эскадрилья переформировывалась в 591-й истребительный полк с включением его в состав 52-й авиационной дивизии дальнего действия 2-й воздушной армии. Командиром полка был назначен майор Н.Ф.Божинский. В своем составе полк имел три эскадрильи: 1-я летала на самолетах МиГ-3, 2-я - на И-153, 3-я - на И-16. Вплоть до лета 1942 года полк в полном составе редко базировался в одном месте. Например, первоначально 1-я эскадрилья находилась на аэродроме Липецк-2 - Венера, 2-я - на аэродроме Липецк-1 в черте города, 3-я - на Сокольском аэродроме. Затем, 1-я - в Ельце, 2-я - в Липецке, 3-я - в Волово и так далее. Помимо вылетов по воздушному прикрытию выполнялась штурмовка наземных войск. В итоге за 1941 г. было уничтожено 20 самолетов противника, более 3,5 тысяч солдат и офицеров, много военной техники. Но и полк нес потери - в 1941 - 1942 гг. погибло 18 человек. Летом 1942 г. полк стал постепенно переходить на Як-1. Собирали самолеты в Тамбове, куда они поступали в разобранном виде. Досконально их конструкцию никто не знал, при сборке руководствовались сопроводительной документацией.
После того как 1-ю эскадрилью посадили на Мичуринский аэродром, летный состав начал переучиваться на Ла-5. Освоение этого самолета проходило более основательно. На завод в Горький от полка была направлена группа для изучения его конструкции и особенностей эксплуатации. Собранные самолеты перегонялись своими силами в Стриги но (довоенный Горьковский аэропорт), а оттуда перелетали в Грязи. На этом типе истребителей полк воевал до самой Победы.
Полк принимал участие в боях на Курской дуге, в операции «Багратион» по освобождению Белоруссии. Май 1945 г. застал 591-й иап в Модлине (г. Новы Двур вблизи Варшавы). После войны полк нес боевое дежурство в системе ПВО вплоть до расформирования в 1958 году.
Колюндир учебного авиационного попка Герой Советского Союза полковник И. Ф. Кованев, штурман учебного попка капитан Трунин и старший штурман Курков, полковник А.И. Вылегжанин уточняют маршрут учебного полета но сомопете Ту-2, 1947 г.
В тот же день, 12 октября 1941 г., когда 5-я эскадрилья была переформирована в 591-й иап, из Главного штаба ВВС поступило приказание о немедленной эвакуации Курсов в Сергиевский район Куйбышевской области. Последний девятый маршевый полк под командованием полковника Оленева убыл из Липецка на фронт 16 октября. А уже к 26 октября тринадцатью эшелонами ЛАУЦ был переправлен на станцию Сургут и вошел в подчинение начальника ВВС Приволжского военного округа, которым командовал В.А.Судец (через десять лет он сам будет проходить службу в Липецке). К формированию маршевых полков приступили спустя всего три недели после начала перебазирования. К концу года почти полностью сменилось командование ЛАУЦ. Всего с 1 июля 1941 г. по 28 июня 1942 г. Центр отправил на фронт 33 маршевых полка. Впоследствии шесть из них получили наименование «гвардейский». Кроме того, было подготовлено две разведывательные эскадрильи на Пе-2 и 224 отдельных экипажа на самолетах СБ.
1 1 июня 1942 г. приказом наркома обороны Центр был переименован в Липецкие курсы усовершенствования командного состава ВВС Красной Армии (ЛКУКС), перед которыми ставилась задача подготовки командиров частей, вооруженных бомбардировщиками Пе-2, штурмовиками Ил-2, истребителями Як-1 и ЛаГГ-3, а также начальников воздушно-стрелковой службы полков. В штат добавилась 3-я учебная истребительная эскадрилья под командованием майора И.С.Мамонова.
В начале февраля 1944 г. пришло распоряжении о перебазировании в Липецк. Радость возвращения была омрачена крушением поезда на подьезде к Куйбышеву. Пострадали двадцать слушателей, которых в тяжелом состоянии доставили в госпиталь,
В 1944 г. приказом наркома обороны Курсы преобразовываются в Липецкую высшую офицерскую авиационную школу ВВС Красной Армии (ЛВОАШ). Вместо учебных классов были созданы кафедры, которые вели не только учебную, но и научную работу. Прием слушателей проводился с экзаменами. Вместо учебных эскадрилий образовывались учебные полки, дислоцированные в Липецке и Грязях. Имелась смешанная эскадрилья, вооруженная ленд-лизовскими «Аэрокобрами», «Харрикейнами», «Бостонами», транспортными С-47 , трофейными «Хейнкелями-111», Bf. 109 и Bf.l 10.
Начальником школы стал Герой Советского Союза генерал-майор авиации Евгений Ефимович Ерлыкин, а генерал Е.М.Николаенко убыл на фронт командующим воздушной армией. Учебные полки возглавили опытные фронтовые летчики, ранее обучавшиеся в Липецке: подполковник Н.И.Кузьменко (бомбардировочный), подполковник А.И.Тишков (штурмовой), подполковник Подмогильный (истребительный). Кафедры пополнились опытными преподавателями, имевшими боевой опыт. К концу войны ЛВОАШ стала одним из крупных центров по подготовке авиационных командных кадров, обобщению боевого опыта и совершенствованию тактики применения авиации.
В начале 1946 г. командный состав Школы обновился практически полностью. Начальником ЛВОАШ был назначен генерал-лейтенант Николай Георгиевич Селезнев, прибывший с Дальне-ю Востока, где он был начальником штаба авиации Забайкальского фронта, а до этого возглавлял штаб 5-й и 17-й воздушных армий на Западном фронте.