Начало Великой Отечественной войны личный состав встретил на аэродроме Аджикабул и с первых же дней приступил к несению боевого дежурства. Летом полк, не прекращая несения боевого дежурства, был перебазирован на новое место — аэродром Шахикай. 4-я авиационная эскадрилья в это время убыла на иранские аэродромы.
В мае 1942 г. проходит новое перебазирование, теперь уже на аэродром Махачкала. В это же время в дополнение к И-16 на вооружение поступают новые самолёты МиГ-1, МиГ-3, Як-1.
В сентябре 1942 г. лётчик старший сержант П.Б. Флоринский над Махачкалой на самолёте МиГ-3 сбил фашистский самолет-разведчик Ю-88. Тем самым был открыт боевой счёт сбитых вражеских самолётов личным составом 266-го иап. В этот же напряжённый период полк выполнял задачу по прикрытию высадки наших войск на западном побережье Каспийского моря, прикрывал железную дорогу Махачкала — Астрахань, а также вел воздушную разведку. Советские войска в это время вели тяжёлые оборонительные бои с противником в районе Сталинграда и на Кавказе.
5 января 1943 г. 266-й иап вошёл в состав 105-й истребительной авиационной дивизии ПВО. В этом же месяце войска Северной группы Закавказского фронта перешли в решительное наступление. В связи с этим полк перебазируется на аэродром Моздок и получает боевую задачу — обеспечить наступление наших войск и прикрыть с воздуха Моздокский железнодорожный узел. Вместе с наступающими наземными войсками, выполняя задачу, полк поочерёдно меняет места базирования, дислоцируясь на аэродромах Минеральные Воды, Тихорецкая, а к весне 1943 г. перебазируется на аэродром Батайск. В воздухе над Кубанью и в небе Ростова- на-Дону разворачиваются ожесточённые воздушные бои, в которых личный состав показал образцы мужества и стойкости.
Истребители МиГ-3
5 июля 1943 г. полк входит в состав 10-го Ростовского истребительного авиационного корпуса.
После прорыва Миусского фронта полк перелетает на аэродром Таганрог. Здесь 266-й иап перевооружается на новую технику. На смену старым самолётам приходят американские «Аэрокобры». К концу года полк перебазируется в Запорожье и продолжает выполнять задачи по прикрытию наземных войск и железнодорожных коммуникаций Юго-Западного фронта и городов Запорожье и Днепропетровск.
В апреле 1944 г. полк вошёл в состав Южного фронта ПВО. Ведя интенсивную боевую работу, личный состав вместе с наступающими войсками перебазируется на аэродром Пятихатка, а затем в Сутиски.
В августе 1944 г. была получена новая боевая задача — обеспечить продвижение войск 1-го Украинского фронта, действовавшего на Львовском направлении. В ходе ожесточённых боёв, после освобождения городов Львов и Стрый, войска фронта, встретив упорное сопротивление противника, с 15 августа перешли к обороне. 11 сентября этого же года полк переместился на аэродром Стрый с задачей обороны с воздуха Дробычского нефтяного района, железнодорожного узла, а также прикрытия транспортных магистралей фронта.
10 ноября 1944 г. командир 10-го корпуса ПВО вручил полку Красное Знамя и Грамоту Президиума Верховного Совета СССР. В этом же году в декабре полк вошёл в состав Юго- Западного фронта ПВО.
В дальнейшем до самого окончания войны, в связи с активизацией действий украинских националистов, 266-й иап оставался на аэродроме Стрый. Здесь же полк встретил День Победы 9 мая 1945 г.
За время Великой Отечественной войны полк под командованием майора В.А. Титова в общей сложности произвёл 1434 боевых вылета, лётчики провели 357 воздушных боёв, в которых сбили 52 самолёта противника.
В период реорганизации 10-го Ростовского истребительного авиационного корпуса 24 января 1946 г. полк вошёл в состав 121-й дивизии ПВО, которая была создана после войны на базе 10-го иак и получила от корпуса наименование Ростовская, с дислокацией на аэродроме Стрый.
В 1950 г. полк перебазирован на аэродром Овруч, Житомирской области. А в апреле 1960 г. вошёл в состав 19-й дивизии ПВО Киевского Военного Округа. В дальнейшем 266-й иап был передан в 57-ю Воздушную Армию Прикарпатского Военного Округа. Произошло это уже в декабре 1967 г.
Во второй половине 1960-х гг., в связи с обострением обстановки на советско-китайской границе, началось формирование 23-й Воздушной Армии, и многие части были переброшены с европейской части страны в Забайкалье. Это коснулось в том числе и 266-го иап. В феврале 1968 г. полк переформировали в 266-й авиационный полк истребителей-бомбардировщиков. На его вооружение поступили различные модификации самолета МиГ-17. В полном составе часть была перебазирована на монгольский аэродром Налайх. В том же месяце за боевые заслуги, проявленные в боях по защите Родины, успехи в боевой подготовке и в связи с 50-летием Советской Армии и Военно-Морского Флота, Указом Президиума Верховного Совета СССР полк был награждён орденом красного Знамени и стал именоваться краснознамённым апиб.
На новом месте базирования 8 мая 1968 г. одна эскадрилья была передана в состав 2-го гвардейского апиб, а взамен её была принята эскадрилья «Монгольский Арат», находившаяся к тому времени на территории МНР и летавшая на истребителях МиГ-17.