В 1933 – 1934 г.г. в НИИ ВВС впервые были проведены опыты по дозаправке в воздухе с привлечением самолетов ТБ-1, Р-5, И-15 и И-16. Работы проводились инженером A.К. Запанованным и летчиком И.П. Белозеровым. В 1934 г. в НИИ ВВС на испытание поступили истребители И-15 и И-16. Летные испытания истребителей проводил В.П.Чкалов.
В период 1938-1941 г.г. особое внимание в научно-исследовательской работе, проводимой НИИ ВВС, уделялось реализации боевого опыта, приобретенного советской авиацией в Испании, Китае, на Халхин-Голе, в Финской войне. Личный состав института принимал самое непосредственное участие во всех этих вооруженных конфликтах. В Испанию была отправлена группа добровольцев Института, включая летчиков-испытателей А.К.Серова, П.А. Джибелли (погиб в воздушном бою) и В.И.Хомякова. Весной 1939 г. 23 летчика, инженера и техника, работавших в Испании, приняли участие в боевых действиях на Халхин-Голе. За Халхин-Гол летчик- испытатель Г.П.Кравченко был награжден второй медалью «Золотая Звезда», летчику-испытателю В.Г. Рахову присвоено звание Героя Советского Союза, летчики-испытатели А.С.Николаев, М.А. Нюхтиков, B.В.Лисицин, инженеры Янчук и Лебедев, техник А.К.Селезнев отмечены правительственными наградами.
Осенью 1939 г. в НИИ ВВС на базе авиационной эскадрильи боевого применения была сформирована отдельная эскадрилья для ведения боевых действий в сложных метеоусловиях на Финском фронте (десять самолетов СБ и ДБ-3; летчики; В.И.Жданов, Н.П.Пискунов, М.П.Субботин, Н.В.Крутиков, А.А. Живописцев, Ф.Ф. Опадчий ; штурманы С.С.Кириченко, Королев; инженеры Л.И.Лось, А.Н. Ларченко, И.В. Часовиков), которая затем была преобразована в 85-й авиационный полк особого назначения ВВС Северо-Западного фронта (командир Б.В.Стерлингов).
Летчики и инженеры НИИ ВВС в 1940 г. были командированы в Гэрманию для изучения и отбора к закупке авиационнной техники. В кабине исгребитеоя Не-100 С.П. Супрун
В 1940 г. группа летного и инженерно-технического состава Института под руководством летчика-испытателя С.П.Супруна действовала в Китае, обеспечивая ПВО Чунцина. Работа все группы получила высокую оценку, а С.П.Супрун был удостоен звания Героя Советского Союза.
Сложная международная обстановка оказала влияние на организационную перестройку подразделений НИИ ВВС. Было проведено три организационно-штатных изменения в результате которых в 1941 году Институт состоял из следующих подразделений:
– командование, политотдел и штаб;
– авиационная эскадрилья боевого применения и научных исследований ;
– 17 отделов;
– опытный завод;
– санитарная служба и финансово-плановое отделение;
– 705-я авиационная база.
Основная работа Института проходила в Чкаловской (после гибели В.П. Чкалова аэродром Щелково получил новое название), где были введены в строй все запланированные к постройке здания и сооружения, за исключением аэродинамической лаборатории, приступившей к работе в мае 1941 г.
В 1940 г. в НИИ ВВС начались Государственные испытания истребителей-монопланов И-26 (Як-1), И- 301 (ЛаГГ-1), И-200 (МиГ-1).
С 1 по 19 апреля 1940 г. в НИИ ВВС проходил испытание бронированный штурмовик БШ-2 (Ил-2) конструкции С.В. Ильюшина.
К маю 1941 г. НИИ ВВС РККА имел следующую структуру: командование, штаб, политотдел, 1-й отдел – научно-технический, 2-й отдел – аэродинамических испытаний, 3-й отдел – опытных самолетов, 4-й отдел – испытаний опытных серий самолетов и боевого применения; группа отделов моторов и топлива, группа отделов специальных служб, опытный завод, санитарная служба, финансово-плановое отделение.
7 мая 1941 г. в Кремле у Сталина состоялось совещание представителей высшего командования ВВС РККА и руководства НКАП. На этом совещании предельно резко о недопустимости передачи на Государственные испытания самолетов, не прошедших заводские испытания, а также по ряду других актуальных вопросов высказался начальник НИИ ВВС А.И. Филин. Через полмесяца Филина арестовали, репрессии обрушились и на других сотрудников НИИ ВВС. Вместо Филина начальником НИИ ВВС назначили И.Ф. Петрова.
Война началась 22 июня, а 23 июня С.П. Супрун как депутат Верховного Совета СССР смог попасть на прием к Ворошилову, Молотову и Калинину. От имени командования НИИ ВВС С.П. Супрун обратился к руководителям страны с предложением о формировании авиаполков, укомплектованных испытателями и вооруженных новейшими самолетами. Решение о формировании шести авиаполков было принято 27 июня. Предстояло сформировать три истребительных полка (401-й, 402-й, 403-й ), два полка пикирующих бомбардировщиков (410-й и 411-й ), полк тяжелых бомбардировщиков (412-й, с августа 1941 г. – 432-й), один полк штурмовиков (430-й ), а также одну разведывательную эскадрилью (38-я ), три батальона аэродромного обслуживания (760-й, 761-й, 762-й ). В состав этих частей и подразделений вошли 303 человека из числа лучших летчиков, инженеров, техников и механиков института. 29 июня по вопросу о формировании «испытательных» полков Сталин вызвал П.М. Стефановского, С.П. Супруна и А.И. Кабанова.
401-й истребительный авиаполк (командир С.П. Супрун) начал свой боевой путь 30 июня 1941 г. на Западном фронте (аэродром Зубо- во, район Орши); 4 июля С.П. Супрун погиб в воздушном бою. 402-й истребительный авиаполк (командир П.М. Стефановский) начал свой боевой путь также 30 июня 1941 г. на Северо-Западном фронте (аэродром Идрица ). Полк, хотя и не стал гвардейским, но сбил самолетов противника за годы войны больше, чем любой другой авиаполк советских ВВС. Ныне часть, являющая наследником прославленного полка входит в состав Липецкого Авиацентра (подробно см. «АиК» № 1/2010).