В 1937-1938гг. началось выполнение большой судостроительной программы, в которой предусматривалось строительство двух авианосцев, однако с октября 1940г. строительство крупных кораблей было прекращено. Страна готовилась к континентальной войне.
В 1935г. приказом Наркома обороны морская авиация выводится из состава Воздушного Флота и передается в подчинение начальнику Морских сил. В 1936г. создается авиационный научно-испытательный институт Морских сил РККА, который в 1960г. был включен в состав ЦНИИ ВВС как филиал по морской авиационной технике. На него возлагались задачи разработки самолетов, объектов оборудования и вооружения для морской авиации, а также задачи проведения государственных и совместно с промышленностью испытаний опытных и эталонный серийных гидросамолетов и самолетов берегового базирования морского назначения. До конца 50-х годов им проводились испытания практически всех самолетов и вертолетов морской авиации.
Для оказания научно-методической помощи инженерам и конструкторам авиапромышленности в 1937-1939гг. под редакцией А.А.Горяинова выпущен “Справочник авиаконструктора” в 3 томах: “Аэродинамика”, “Гидромеханика”, “Прочность самолетов”. Начата работа по созданию “Руководства для конструкторских бюро и летно-испытательных станций”, которая была завершена в 1942г. и отмечена Государственной премией. В нее были включены уточненные нормы прочности самолетов.
В 1939г. был принят ряд постановлений о строительстве новых авиационных моторостроительных и агрегатных заводов. К 1941г. количество авиационных заводов было удвоено. Для создания скоростного истребителя в 1939г. организовано четыре ОКБ: А.И.Микояна и М.И.Гуревича; А.С.Яковлева; П.О.Сухого; С.А.Лавочкина, В.П.Горбунова и М.И.Гудкова. В 1939-1940гг. этими ОКБ были разработаны самолеты МиГ-1, МиГ-З; Як-1; Як-З; Як-7; Су-1, Су-2; ЛаГГ-З, Ла-5, которые прошли горнило Великой Отечественной войны.
Перед войной значительно выросла численность морской авиации флотов (1433 самолета в 1939г. и 2581 в 1941г.). В составе Военно-воздушных сил Балтийского флота насчитывалось 656 самолетов. Черноморского флота - 626. Из них были сформированы на каждом флоте по две авиационные бригады и по несколько отдельных эскадрилий. Авиация Северного флота имела к началу войны 116самолетов, а Тихоокеанского флота –1183самолета. В общем морская авиация имела: 45%истребителей, 25%самолетов-разведчиков, 14%бомбардировщиков и 10%торпедоносцев. Надо признать, что значительная часть самолетов была устаревшей конструкции. Уже в ходе войны авиация ВМФ перевооружалась на новую авиационную технику. Накануне войны был создан новый самолет - пикирующий бомбардировщик Пе-2 конструкции В.М.Петлякова.
С первых дней войны авиация Черноморского флота наносила удары по военно-морской базе Констанца и нефтепромышленным районам Румынии. Бомбардировщики Балтийского флота сбрасывали свой груз на Мемень, Данциг, Гдыню и другие порты Германии. С 23июня 1941г. начались удары по аэродромам и портам Финляндии. В этот период совершалось до 17воздушных атак в день. Число самолетов, участвовавших в каждом налете, доходило до25. В период с 6августа по 5сентября 1941г. дальние бомбардировщики ДБ-З 1-го Минно-торпедного полка Балтийского флота под руководством полковника Е.Н. Преображенского совершили 10налетов на столицу фашистской Германии Берлин. В налетах участвовали по 15самолетов, бравших на борт 500кг бомб.
Боевой счет авиации Северного флота открыл 24июня 1941г. командир эскадрильи старший лейтенант Б.Ф.Сафонов, который залпом реактивных снарядов уничтожил бомбардировщик “Хейнкель-111”.
Замечательного успеха авиация Северного флота добилась 15сентября 1941г., когда в воздушном бою против 30вражеских бомбардировщиков и 22истребителей 7североморских летчиков уничтожили 13 фашистских самолетов.
14июня 1942г. командир полка подполковник Б.Ф.Сафонов первым из участников Великой Отечественной войны был удостоен второй Золотой Звезды Героя (посмертно). За год войны он совершил более 300боевых вылетов, лично сбил 25 вражеских самолетов, 14уничтожил в групповых боях.
Велика роль морской авиации в обороне Одессы, Севастополя, Ленинграда, Таллина, базы Ханко, в прикрытии “дороги жизни” на Ладожском озере. Только в период боев за освобождение Крыма в апреле 1944г. авиация Черноморского флота уничтожила 65 транспортов противника. А это большой урон, если иметь в виду, что один транспорт с грузом авиабомб нес на борту боезапас для 2000самолето-вылетов бомбардировщиков; средний танкер обеспечивал заправку топливом 5000истребителей. Всего за время войны морская авиация уничтожила 371транспорт противника.
Морская авиация оказалась наиболее результативным мобильным и универсальным родом сил ВМФ, способным поражать любые морские и береговые цели врага. Без участия морской авиации в ходе войны не выполнялась ни одна боевая операция флота.
Надводные корабли постоянно нуждались в надежном прикрытии их в базах и в море от ударов авиации противника, а также в поддержке боевых действий ударной авиацией. На долю морской авиации приходится свыше 50%тоннажа транспортных судов и более 66%боевых и вспомогательных кораблей, потопленных в результате боевого воздействия Военно-Морского Флота. На вооружении морской авиации во время Великой Отечественной войны находились и самолеты зарубежной конструкции: торпедоносцы “Бостон”, разведчики “Каталина”, истребители “Харрикейн”, “Киттихоук”, “Аэрокобра” и др. Они сыграли существенную роль в наращивании усилий по разгрому врага, однако их удельный вес в составе самолетного парка оставлял желать много лучшего. В 1945г. в морской авиации насчитывалось 1587боевых самолетов, в том числе на Балтийском флоте -787, на Северном флоте - 400, на Черноморском флоте - 400. На вооружении авиации ВМФ находились истребители Ла-5Ф, Ла-7, МиГ-З, Як-З, Як-7б, Як-9У, штурмовики Ил-2, бомбардировщики Пе-2, Пе-З-бис, торпедоносцы Ил-4, Пе-8, Ту-2, разведчики МДР-6, Бе-4, Пе-2, Як-7Б и др.
Эти самолеты и устанавливаемые на них моторы и оружие были созданы С.А.Лавочкиным, А.И.Микояном, А.С.Яковлевым, С.В.Ильюшиным, В.М.Петляковым, А.Н.Туполевым, Г.М.Бериевым, А.А.Микулиным, А.М.Люлька, В.Я.Климовым, Б.Г.Шпитальным, И.А.Комарницким, Ю.А.Победоносцевым, М.К.Тихонравовым, М.Е.Березиным, В.В.Волковым, С.Я.Ярцевым, А.Э.Нудельманом, А.А.Рихтером, А.С.Сухановым и другими известными творцами авиационной техники.