На следующий день, после начала войны, советское командование начало атаковать с моря и воздуха, цели в Румынии. Флот румын был не велик, но там могли базироваться и немецкие борта. Но с моря атаковать оказалось затруднительно. Морская база на удивление со стороны моря оказалась хорошо защищена минами и береговыми батареями 280-мм орудий. Было усиленно и ПВО перед нападением и включало третью группу 52-й эскадры. И части "Авиационного командования Добруджа", куда входили 101-й и 102-й морские отряды (имели на вооружении преимущественно итальянские летающие лодки S.55, S.62bis и Cant Z.501), 53-я истребительная эскадрилья на британских истребителях "Харрикейн-I", в помощь которым в первые дни войны привлекли 43-ю истребительную эскадрилью на PZL P-11f (построенных в Румынии по польской лицензии). Кроме того, этому командованию придали немецкий 8-й отряд спасения на море (был оснащен поплавковыми самолетами Не59). . Несколько румынских батарей и два дивизиона немецких зенитных орудий, без учета средств ПВО кораблей. ( примерно 18-20 батарей ПВО).
В действительности воздушным атакам против Констанцы противостояло около 40 современных истребителей Bf109F, еще около 30 He112, и около 40 румынских PZL P-11 f. Все "мессершмитты" базировались на аэродром Мамайи.
Советское командование Привлекло 2-й минноторпедный (ДБ-3) и 40-й скоростной бомбардировочный авиаполки. В сороковом, кроме самолетов СБ были и поступившие не за долго до этого Пе-2 в составе эскадрильи. Сведены они были в 63-ю авиабригаду.
В дневной атаке 23 июня приняло участие 49 ДБ-3 и 24 СБ (по другим данным 33 самолетов ДБ-3 и 27 самолетов СБ ). Потеряно в воздушном бою и от ПВО 16 машин. 8 ДБ-3 и 8 СБ (по другим данным 1 СБ). Немцы же записали на свои счета более 50 побед над бомбардировщиками без истребительного прикрытия. Потери базе нанесли минимальные.
Утром 24 июня 14 ДБ-ЗФ и 18 СБ нанесли еще один удар. Вечером атаковала четверка Дб-3. Сбили 1 мессер в воздухе и 3 на земле. Заявив уничтожение 14 наших самолетов.
Мы несли ощутимые потери в машинах и экипажах и 24.06.1941 года командующий Черноморским Флотом Иван Кузьмич Кожанов обратился за помощью командующему Южным Фронтом Генерал-полковнику Федору Ивановичу Толбухину. Задача была в подавлении истребительной авиации в районе Мамайе.
Атаки Констацы продолжались силами авиации и флота. И те и те несли потери без особого результата воздействуя на немецко-румынские части.
К началу войны не успевшие перевооружиться полки дальней авиации, еще обладали 15-ю полками небесных тихоходов ТБ-3 в количестве около 300 машин.
25 июня 8 полков ТБ-3 с аэродромов Украины взяли курс на Констанцу и еще два на аэродром Мамайе. Удар нанесли около 180 экипажей. Бомбардировка Констанцы была весьма успешна, а авиация на аэродроме практически не пострадала.
На смену ТБ-3 Подошли около 200 СБ и 180 истребителей И-16. К 8 часам утра были превращены в руины все объекты, относящиеся к нефтепереработке и хранению, а также железнодорожный узел. Некоторые повреждения получил и порт. К пяти утра к Констанце вышли и около 60 экипажей, всех пяти эскадрилий 2-го Минно-торпедного полка, с аэродромов в Сарабузе и в Карагозе.
26 июля состоялся первый боевой вылет звеньев ТБ-3 СПБ, с подвешенными под плоскостями истребителями И-16. У которых в свою очередь подвешено по две 250 кг бомбы. Первый удар был нанесен по портовым сооружениям города Констанца. Средь бела дня пара ТБ-3 подошла к румынскому берегу и на удалении 40 км освободилась от четвёрки И-16. Командир группы капитан Шубиков, выйдя на город, на глазах у барражирующих в отдалении «Мессершмитов» дважды спокойно облетел цель — нефтеперегонный завод — затем произвёл бомбометание. Попадания в гигантские нефтехранилища были точными. Вся четвёрка благополучно покинула место удара и на повышенной скорости ушла. Промежуточную посадку совершили в Одессе, затем, дозаправившись, перелетели в Евпаторию.
Для удара по Черноводскому мосту и расположенному под ним нефтепроводу, было подготовлено уже три ТБ-3 с парами И-16.
Бомбардировка Черноводского моста. Открытка.
Перед «Звеньями» цель атаковали шесть Пе-2 из 40-го БАП, добившись двух попаданий и незначительно повредив мост. Вылет «подвесок» состоялся 10 августа в 3 часа ночи. Стартовали все три подготовленных ТБ-3 из состава 18-й транспортной эскадрильи, однако один по причине неисправности вернулся на базу с середины пути. В 5 часов 10 минут, на удалении 310 км от базы, на траверзе Георгиевского гирла Дуная, в 15 км от берега, последовала команда «Сброс». Через 15 минут после отцепки четверка «ишачков», пилотируемых капитаном Шубиковым, лейтенантами Литвинчуком и Филимоновым, а также младшим лейтенантом Каспаровым, вышла на цель. Прорвавшись сквозь плотный зенитный огонь, истребители спикировали с высоты 1800 (по другим данным, с 1700) метров и сбросили бомбы с 300 (по другим данным, с 500) метров, после чего без потерь скрылись. Уже в 6.40 утра И-16 пылили по одесскому аэродрому.
Одним из этих ТБ-3 командовал Серафим Гаврилов. Его машина принимала участие в десантной операци "Майкоп", где и погибла осенью 1942-го.
Достигнутый успех возобновил интерес руководства ВМФ к системе «Звено-СПБ», количество воздушных авианосцев было доведено до пяти комплектов, однако дальнейшее переоборудование было ограничено недостаточным количеством самолетов ТБ-3 с двигателями М-34РН (самолёты ТБ-3 ранних выпусков и особенно с двигателями М-17 были к тому времени сильно изношены, что вызывало необходимость ограничения полётного веса). Из имеющихся на флоте двенадцати таких машин пять были переоборудованы, а оставшиеся семь были оставлены для выполнения транспортных операций. 16 августа командующий Военно-морским флотом адмирал Кузнецов обратился к Сталину с просьбой о получении 10 таких бомбардировщиков от ВВС Красной Армии. Однако выделены они так и не были.
Использование имеющихся машин было продолжено. 17 августа 6 И-16 удачно разбомбили плавучий док в Констанце. В конце месяца пикировщики были использованы для уничтожения переправ через Днепр. Важность задания заключалась в стратегическом значении этих переправ и в возможности значительного сдерживания немецкого наступления. 28 августа два ТБ-3 взлетели с евпаторийского аэродрома и взяли курс в район Запорожья. На рассвете, в тридцати километрах от города, И-16 произвели отцепку. Налет был внезапным и точным, вся четвёрка без потерь ушла. 8 сентября «Звено-СПБ» во взаимодействии с истребителями охранения Як-1 разрушили переправу в районе Берислава. Не вернулись один Як-1 и один И-16. На следующий день после удачного бомбометания четыре И-16 сбили в воздушном бою 2 Bf.109.
Последующие боевые действия «подвесок» проходили в условиях все более ухудшающейся для советской стороны боевой обстановки. В конце сентября немецкие войска начали продвижение в северной части Крыма. Для сдерживания врага были использованы все наличные силы авиации, даже те средства, которые предназначались для нанесения высокоточных ударов в тылу противника. ТБ-3 теперь зачастую использовались лишь для подъёма тяжелогруженных бомбами И-16 — сами истребители с двумя бомбами по 250 кг взлететь не могли. В этих тяжелых боевых условиях участились и боевые потери. 22 октября 1941 два «Звена» атаковали позиции дальнобойной артиллерии. В этом налёте погиб капитан Шубиков (предположительно, его сбил «Мессершмитт»). А.В.Шубиков был первым лётчиком авиации ЧФ, награждённым во время войны орденом Ленина.
Дальнейшее применение подвесных И-16 становится эпизодическим и боевые донесения встречаются всё реже. Доподлинно известно лишь, что применялись подвесные истребители И-16 и в 1942 году. Всего было произведено нескольким более тридцати боевых вылетов, которые по своей высокой эффективности стали одними из наиболее удачных военных акций советской авиации.