Директивой Генштаба от 16 января 1941 г. училище переименовали в Челябинскую военную авиационную школу стрелков-бомбардиров со сроком подготовки один год. Количество часов учебных занятий в день – девять, для самоподготовки ежедневно отводилось три часа, каникулы отменялись. 15 мая 1941 г. училище переведено с четырех на пятиэскадрильный штат, 5-я эскадрилья была передана из Краснодарской военной школы стрелков-бомбардиров.
С началом Великой Отечественной войны учебный процесс претерпел радикальные изменения. Уже с 27 июня 1941 г. училище перешло на обучение курсантов по планам и программам военного времени, предусматривавшим подготовку курсантов за 8-12 месяцев. В июне же был произведен первый «военный» выпуск курсантов в количестве 1352 человека с воинским званием «сержант».
Выпускники училища отличились во время советско-финской войны, принимали участие в боях с немцами с первых дней войны Великой Отечественной. В состав экипажа капитана Н.Ф. Гастелло, совершившего огненный таран 26 июня 1941 г. входил выпускник училища штурман лейтенант Анатолий Акимович Бурденюк и воздушный стрелок Алексей Апександрович Калинин. 8 августа 1941 г. выпускники Челябинского училища штурманы Павел Лапшин и Петр Степанов бомбили Берлин.
По итогам Социалистического соревнования в 1937-1940 гг. цикл воздушной стрельбы, руководимый Гальцевым, занимал 1-е место в учебно-летном отделе
Преподаватель ст. лейтенант Стахов объясняет курсантом устройство авиабомбы, 1939 г.
Занятия в учебной лаборатории в годы Великой Отечественной войны
Кроме подготовки курсантов училищу была поставлена задача по формированию 685-го (самолеты Р-5), 686-го (самолеты Р-5) и 688-го (самолеты P-Z) авиационных полков ночных бомбардировщиков и одной эскадрильи тяжелых бомбардировщиков ТБ-3.
Осенью 1941 г. училище приняло участие в формировании боевых экипажей 735-го авиационного полка в г. Троицке. Более 300 выпускников училища в этот период ушли на фронт в составе полков ночных бомбардировщиков. 686-й и 688-й полки завершили формирование и убыли на фронт 11 ноября; 685-й полк формировался со 2 по 17 ноября и убыл на фронт 17 ноября. В сентябре-ноябре 1942 г. в училище были созданы еще два полка ночных бомбардировщиков: 373-й на самолетах Р-5 и 990-й на самолетах У-2. Оба полка убыли на фронт 19 ноября 1942 г.
Штат училища от 1400 человек был доведен до 3000 человек; обучение велось в две смены, вторая смена заканчивалась в 24 часа. Преподавательский состав работал с большим напряжением, учебная нагрузка доходила до 12-14 ч в день. Для качественной подготовки курсантов учебными авиационными эскадрильями было использовано 223 летных дня в году. Полеты выполнялись в две смены, вместо положенных трех вылетов инструкторы делали по 4-5. Всего за 1941 г. учебные эскадрильи налетали 65500 часов, из них ночью – 6000. 15 сентября в школу влилась Павлоградская авиашкола стрелков-бомбардиров в составе двух эскадрилий; количество учебных эскадрилий в училище увеличилось до семи.
Серьезным испытанием для училища стал 1942 г. В феврале количество учебных эскадрилий сократили до пяти, а в апреле, в связи с переходом училища на новый штат, 900 человек были направлены в сухопутные войска. В мае начались интенсивные полеты с выпускниками. Экипажи делали по 3-4 вылета в день. В августе количество учебных эскадрилий уменьшили до четырех. Сложная обстановка на фронте не могла не отразиться на работе училища. Курсантов то направляли в пехоту, то, наоборот, пополняли училище людьми за счет других учебных заведений. Так в сентябре 91 курсант переведен в Камышловское пехотное училище, но в октябре из Омска прибыло для дальнейшего прохождения учебы 199 курсантов расформированной Каннской авиашколы.
В труднейших условиях постоянный состав училища совершенствовал учебную базу. К концу 1942 г. в училище были созданы и введены в строй 15 лабораторий циклов воздушной навигации, боевого применения, тактики, авиасвязи. Только с сентября по декабрь этого года было создано: действующих макетов и приборов – 163, монтажей различных агрегатов – 205, моделей – 777, различных альбомов, схем и витрин – около 600. В целях повышения качества практической подготовки выпускников с ноября 1942 г. в училище была введена дополнительная ночная летная программа, включающая десять летных упражнений, восемь из которых предусматривали боевое применение.
С января 1943 г. училище вновь начало выпускать офицеров-штурманов, а 25 апреля школу перевели из состава ВВС в состав АДД. Теперь училище стало именоваться Челябинской военной авиационной школой штурманов и стрелков-бомбардиров Авиации Дальнего Действия. Училище готовило штурманов со сроком обучения 1 год. В июне 1943 г. на укомплектование школы прибыли: из 1-й Московской спецшколы ВВС – 100 человек; из 4-й Курской спецшколы ВВС – 132 человека; из 7-й Сталинградской спецшколы ВВС – 128 человек; из 11-й Свердловской спецшколы ВВС – 144 человека; из 13-й Объединенной спецшколы ВВС – 145 человек. Сентябрьский набор был представлен, главным образом, молодыми людьми, отобранными райвоенкоматами и из воинских частей. В декабре из Харьковской Военной Авиационной школы стрелков-бомбардиров для дальнейшего обучения по курсу штурманов прибыло 11 1 выпускников в звании «младший лейтенант».