Авиационная промышленность СССР со середины 1930-х годов стала крупной отраслью народного хозяйства и была существенно перестроена. В 1939 году Советское правительство усиленно приняло все меры по укреплению авиационной промышленности с целью перевода её на серийное производство более совершенной военной техники. В 1939 - 1941 годах были построены, испытаны, приняты на вооружение и запущены в серийное производство новые образцы боевых самолётов: истребители ЛаГГ-3, МиГ-3, Як-1, бомбардировщики Пе-2, Пе-8, Ил-4, штурмовик Ил-2.
Авиационная промышленность полностью перешла на производство самолётов-монопланов с убирающимися шасси, обтекаемым фюзеляжем, закрытым фонарём. Скорость советских истребителей достигла 600-650 км/ч, скорость бомбардировщиков - 550 км/ч, дальность полёта 3-4 тыс. км, бомбовая нагрузка 3-4 тонн. Число заводов авиационной промышленности по сравнению с 1937 года увеличилось в 1,7 раза. В 1939 - 1940 годах авиационная промышленность СССР производила самолётов больше, чем авиационная промышленность Германии. Однако Германия выпускала самолёты только новых типов, а СССР - боевые машины как новых, так и старых конструкций. Серийное производство новых боевых машин в СССР началось с 1940 года. Всего за 1940 год и 1-е полугодие 1941 года, авиационными заводами СССР выпущено 249 штурмовиков Ил-2, 322 истребителя ЛаГГ-3, 399 Як-1, 111 МиГ-1, 1289 МиГ-3, 459 пикирующих бомбардировщиков Пе-2.
В первые дни войны перед авиационной промышленностью была поставлена задача добиться значительного увеличения выпуска боевых машин, особенно новых типов. Авиационной промышленности были переданы многие машиностроительные, и станкостроительные заводы, а также предприятия, выпускавшие электротехническое оборудование. Начались строительства новых авиационных заводов. В июле 1941 года, Советский Союз выпустил более 1800 боевых самолётов (вдвое больше среднемесячного выпуска в 1-м полугодии 1941 года), в сентябре— 2329 .
Однако с октябрем 1941 года произошло значительное снижение производства самолётов, вызванное перебазированием большинства авиационных заводов в восточные районы страны (в октябре 1941 года, в стадии перебазирования находилось около 85% производственных мощностей авиапромышленности СССР). Но уже с конца 1941 года, когда эвакуация предприятий в основном завершилась, отрасль стала непрерывно наращивать выпуск авиатехники. Куйбышевский авиационный завод выпускал штурмовик Ил-2, Горьковский авиационный завод им. С. Орджоникидзе - истребители Ла-5, Ла-7, Ла-9, Новосибирский авиационный завод им. В. П. Чкалова - истребители Як-3, Як-7, Як-9, Казанский авиационный завод им. С. П. Горбунова — бомбардировщик Пе-2 и дальний бомбардировщик Пе-8, авиационный завод в г. Комсомольск-на-Амуре - дальний бомбардировщик Ил-4.
В 1941 - 1943 годах в основном выпускались самолёты Ил-2, Пе-2, Як-1, МнГ-д и ЛаГГ-3. В 1942 в восточных районах страны было произведено 2/3 продукции авиационной промышленности. В 1944 году развернулось массовое производство скоростного бомбардировщика Ту-2, приняты на вооружение истребители Ла-7, Як-3, отличавшиеся высокими боевыми качествами.
За период с начала массового производства до окончания войны выпуск боевых самолётов по маркам характеризуется следующими данными (шт.): Як-1 - 8 721, ЛаГГ-3 - 6528, МиГ-3 - 5753, Пл-2 - 36 163, Пе-2 - 11 427, Ил-4 - 5256, Пе-8 - 79, Ла-5 - 10 000 (включая модификации), Ла-7 - 5753 (включая модификации), Як-7 - 6399, Як 9 -16 769, Як-3 - 4848, Ту-2 – 2527. Значительным достижением был выпуск штурмовика Ил-10.
К концу войны средняя мощность авиадвигателей увеличилась по сравнению с 1940 годом примерно в 2 раза, что сыграло решающую роль в повышении скорости и улучшении боевых качеств самолетов. Всего в период войны авиационной промышленностью, освоено и запущено в серийное производство 25 типов новых и модернизированных самолётов (истребителей - 10 типов, бомбардировщиков - 8, штурмовиков - 2, транспортных - 4, учебных - 1) и 23 типа авиадвигателей. Новые самолёты были просты по конструкции и построены из не дефицитных материалов, что существенно облегчило их серийное производство в условиях военного времени. По простоте и надёжности советские самолёты выгодно отличались от зарубежных.
Советские самолеты (Ла-5, Ла-7, Як-1, Як-3, Як-9, МиГ-3, Пе-2, Ил-4, Ту-2) имели более качественные характеристики, чем немецкие (Ме-109, ФВ-190, Ю-87, Ю-88. С начала войны до сентября 1945 года, выпуск боевых самолетов составил 112,1 тысяч, а до конца 1945 года выпуск самолетов всех типов – 136,8 тысяч. Полностью оправдала себя советская техническая политика в области авиастроения, предусматривавшая создание лёгких, маневренных, хорошо вооруженных истребителей, штурмовиков и фронтовых бомбардировщиков. К концу войны отдельные типы советских само лётов с поршневыми двигателями (истребители Ла-9 и Як-3) достигли скорости 690—720 км/ч.
Большой вклад в развитие в годы войны, внесли: нарком авиационной промышленности И. Шахурин, авиаконструкторы М. И. Гуревич, С. В. Ильюшин, С. А. Лавочкин, А. И. Микоян, Н. Н. Поликарпов, А. Н. Туполев, А. С. Яковлев, конструктора авиадвигателей В. Я. Климов, А. А. Микулин, А. Д. Швецов, конструкторы вооружения В. Д. Веневидов, А. Г. Можеровский, И. И. Торопов; директора предприятий С. И. Агаджанов, В. П. Баландин, А. А. Белянский, М. С. Жезлов, В. Н. Лисицын, М. М. Лукин, А. Т. Третъяков и др.
В годы войны широко развернулось соцсоревнование между рабочими отделениями профессий, бригадами, цехами, заводами и конструкторскими бюро. Многие тысячи рабочих систематически перевыполняли нормы выработки. Отдельные предприятия были награждены орденами, коллективы ряда предприятий получили на вечное хранение Переходящие Красные Знамёна. Тысячи работников отрасли были награждены орденами и медалями.