לאחר הטלת הסגר היבשתי על העיר פנה מפקד כוחות ארצות הברית בגרמניה, הגנרל לושיוס קליי (Lucius D. Clay), אל מפקד כוחות האוויר האמריקניים באירופה, לוטננט גנרל קרטיס לה מיי, בשאלה אם יוכל להטיס אספקה אל העיר. לה מיי השיב בחיוב והטיסות החלו בו ביום.
הטסה מוגבלת של אספקה אל ברלין כבר נערכה על ידי מטוסי תובלה אמריקניים ובריטיים במשך 11 יום, החל ב-1 באפריל 1948, בעקבות ההטרדות הסובייטיות של התנועה היבשתית אל העיר, והגיעה להיקף מרבי של 38 טיסות ביום. עתה נדרשה הטסה בהיקף גדול בהרבה.
אנשי מטהו של לה מיי מצאו במהרה (בסיוע מחקר שערך חיל האוויר המלכותי הבריטי זמן מה לפני כן) כי צורכי האספקה היומיים המינימליים של העיר הם 2,000 טון פחם (להסקה ויצור חשמל) ו-1,439 טון מזון (צורכי האספקה היומיים הרגילים של העיר היו 13,500 טון). באותה עת נראתה הטסת כמות מטען יומית שכזו אל העיר כבלתי אפשרית לאור מספרם המוגבל של מטוסי התובלה הזמינים. זאת ועוד – צורכי האספקה של שום עיר בעולם לא מולאו לפני כן באמצעות רכבת אווירית.
למרות המכשולים החל חיל האוויר האמריקני בפעולה להגדלת נפח ההטסה בשיתוף עם חיל האוויר המלכותי הבריטי. חיל האוויר של צרפת לא היה מסוגל להשתתף בפעולה בשל קשיי שפה ונקבע מראש שהאספקה עבור הכוחות הצרפתים בברלין תוטס לשם על ידי האמריקנים והבריטים. האמריקנים נתנו לחלקם במבצע את שם הקוד מבצע ויטלס (Operation Vittles) והבריטים נתנו לשלהם את שם הקוד מבצע פליינפייר (Operation Plainfare).
תחילה כונסו לבסיסי אוויר במערב גרמניה כל מטוסי התובלה הזמינים באירופה – כמעט כולם מדגם C-47 (דקוטה), שכושר ההובלה שלהם היה שלוש טונות בלבד (הבריטים כבר החלו לכנס את מטוסיהם מוקדם יותר). במקביל החל חיל האוויר האמריקני להזעיק לאירופה את מטוסי התובלה שלו מדגם C-54 (Skymaster), שכושר הטסת המטען שלהם הגיע ל-10 טון, ועמם אנשי צוות אוויר וצוותי תחזוקת מטוסים. הם נקראו לשם גם מבסיסים מרוחקים כמו ביפן, אלסקה ופנמה. אנשי צוות קרקע, אזרחים גרמנים ברובם, גויסו במערב גרמניה ובברלין על מנת להעמיס את המטען על המטוסים ולפרוק אותו מהם בברלין.
בתוך ארבעה ימים מתחילת המבצע הגיע מספר המטוסים היומי שהגיע לשני שדות התעופה המערביים בברלין טמפלהוף וגאטו (Gatow) ל-150, במחיר מאמץ רב שנדרש מצוותי האוויר, אך מטענם הגיע רק לחלק קטן מן האספקה שנדרשה לעיר.
בתום עשרה ימים מתחילת המבצע הגיעה כמות האספקה היומית שהוטסה על העיר ל-1,000 טון. ב-30 ביוני החלו מטוסי C-54 להגיע לגרמניה ולהצטרף למבצע. במחצית חודש יולי הגיע היקף ההטסה היומי ל-2,000 טון, שמהם הוטסו 500 טון (או, לפי גרסה אחרת, ל-995 טון) על ידי חיל האוויר הבריטי. בתום 28 הימים הראשונים הגיע היקף ההטסה היומי ל-3,028 טון. האספקה שהוטסה כללה מזון, תרופות וביגוד וכן פחם ומוצרי דלק שונים. האספקה שהגיעה הובלה למחסנים שמוקמו בכל רחבי העיר.
במהלך חודש אוגוסט הטיסו מטוסי המעצמות המערביות לעיר 121 אלף טון אספקה (ממוצע של כ-3,900 טון ליום).
כאשר התברר שהפעלת הרכבת האווירית תתמשך על פני זמן רב נשלח בסוף יולי לגרמניה לפקד על המבצע מייג'ור גנרל ויליאם טאנר. הוא היה קצין חיל האוויר האמריקני שצבר ניסיון רב במבצעי תובלה מוטסים במלחמת העולם השנייה. בין השאר הוא פיקד על טיסות תובלה מהודו אל סין מעל לרכס ההימלאיה. בהסכמת בריטניה מונה טאנר לפקד גם על כוח התובלה האווירי הבריטי. לימים נטבעה סיסמה עבור רכבת האווירית – "טונאז' עבור טאנר" (Tonnage for Tunner). ב-15 באוקטובר הוקמה בויסבאדן מפקדת כוח המשימה המשולב של הרכבת האווירית .
יום שישי השחור.
13 באוגוסט 1948 היה "יום שישי השחור" של הרכבת האווירית לברלין. ביום זה התחוללה סופת גשם מעל ברלין שהקטינה את הראות לאפס והפריעה להכוונת המכ"ם של המטוסים לנחיתה. לשני מטוסי C-54 אירעו תאונות נחיתה והמסלול בשדה התעופה טמפלהוף נחסם. מטוסי תובלה רבים היו בדרכם לעיר ופקחי הטיסה הורו להם להיכנס לטיסה בנתיבי המתנה בגבהים שונים. גנרל טאנר, שנמצא באחד המטוסים, התערב ופקד על פקחי הטיסה לשלוח את כל המטוסים הממתינים חזרה למערב גרמניה עם מטענם, והוא עצמו נחת בהמשך בשדה טמפלהוף.
לימים אמר טאנר כי הוא מאמין שהצלחת הרכבת האווירית נבעה דווקא מיום זה. בעקבותיו נערך שינוי יסודי בנוהלי ההטסה לברלין. לכל מטוס שהמריא ממערב גרמניה נקבעה שעת המראה מדויקת והוא טס (כמקודם) בנתיבי האוויר המוסכמים אל ברלין – מרחק של כ-190 קילומטרים – על ידי הכוונה של משואות רדיו והונחה לנחיתה על ידי מפעיל מכ"ם על הקרקע. נקבע כי לכל מטוס תהיה הזדמנות אחת לנחות, ואם יהיה עליו לבטל את הנחיתה מכל סיבה שהיא הוא יטוס מיד חזרה לבסיס המוצא שלו עם מטענו. באופן זה נמנעה האפשרות שמטוס אחד יעכב את נחיתת הבאים אחריו. בעקבות שינוי זה החל היקף המטען היומי שהוטס לברלין לעלות בהתמדה. המטוסים טסו אל העיר סביב השעון, ביום ובלילה.
שינוי נוסף שהכניס טאנר היה חיסכון בזמן פעולה על ידי קיצור זמן השהייה של המטוסים על הקרקע בברלין. לצורך כך הוא קבע שלאחר שמטוס תובלה ינחת לא יעזבו אותו אנשי צוותו אלא יישארו לצידו בעוד מטענו נפרק. היתר ההמראה ותחזית מזג האוויר לטיסה חזרה יובאו אליהם על ידי קציני קרקע (במקום שאנשי הצוות יאספו אותם) ומזנונים ניידים על גבי ג'יפים יגיעו אל המטוסים לצורך רענון אנשי הצוות. בדרך זו קוצץ משך השהייה של המטוסים על הקרקע במחצית, לכ-30 דקות.
צוותי הקרקע שהעמיסו ופרקו מטען מן המטוסים, גרמנים ברובם, נדבקו אף הם באווירת התחרותיות של המבצע והשתדלו להגדיל את מהירות פעולתם. צוות אחד בן 12 איש השיג שיא שלא נשבר של העמסת תשעה טון מטען בתוך 5 דקות ו-45 שניות בלבד.
המשך ההטסה.
בספטמבר 1948, לקראת הסתיו, ניכרה דרישה גוברת בברלין לפחם להסקה, וקיבולת שני שדות התעופה הפעילים בה לא הספיקה להטסתו. לכן הורה הגנרל קליי לבנות שדה תעופה חדש בצפון מערב ברלין, ליד העיירה טגל (ראו להלן). נעשה גם ניסיון שלא נחל הצלחה להטיל מן האוויר בשטח העיר מטעני פחם.
עד ראשית אוקטובר 1948 הגיע היקף ההטסה היומי לברלין ל-5,000 טון, אך הוא צנח בחדשים נובמבר ודצמבר, שהיו הקשים ביותר לרכבת האווירית. תנאי מזג האוויר החמירו מאוד. ערפל וקור עז אילצו מטוסים רבים שהגיעו לברלין לנטוש את הנחיתה ולשוב לבסיסיהם כשמטענם עמם.
בנוסף להפרעות מזג האוויר השתדלו הסובייטיים להפריע למבצע. מטוסיהם ביצעו יעפים בסמוך למטוסי התובלה ואף ירו והטילו פצצות בקרבתם. בלוני מחסום שוחררו בנתיבי הטיסה של המטוסים, שידורי רדיו הפריעו להם וזרקורים כוונו אליהם. יחידת נ"מ רוסית הטרידה את המטוסים שהשתמשו בשדה התעופה הבריטי בגאטו. במקרה אחד חלף מטוס רוסי קרוב מדי למטוס בריטי והביא להתרסקות שניהם ולמותם של 35 איש. סיכום סטטיסטי שהוכן הצביע על 733 אירועי הטרדה סובייטים מסוגים שונים נגד מטוסי הרכבת האווירית.
מזג האוויר השתפר בראשית 1949 והיקף ההטסה היומי עלה שוב. בינואר הגיעו לעיר יותר מ-171 אלף טון, בפברואר – 152 אלף, במרץ – יותר מ-196 אלף טון, ובאפריל – 234.5 אלף. למרות ההתקדמות החליט טאנר להעמיד בפני כוח המשימה אתגר גדול יותר, שאפתני אך בר השגה. הוא החליט לחתור להגעה להיקף הטסה יומי של 10,000 טון, כ-20% יותר ממה שהושג עד אז. נקבע שתוספת המטען תהיה פחם, ויום היעד נקבע ליום ראשון של חג הפסחא, 16 באפריל 1949. באותו יום ערכו מטוסי התובלה האמריקנים והבריטים 1,398 טיסות ולברלין, שנשאו 12,940 טון מטען, וזאת ללא אף תאונה או אירוע חריג.
אפשר שההישג של אותו יום (וכן חתימת הסכם הקמת ברית נאט"ו ב-4 באפריל) שכנע את הסובייטים שבעלות הברית המערביות נחושות להחזיק בברלין. משא ומתן החל בין מעצמות הכיבוש, ובסופו, ב-4 במאי 1949, הוסכם על הסרת הסגר ביבשה ובים על ברלין החל מה-12 במאי. לאור הטרדות שעדיין נמשכו של התחבורה אל ברלין המשיכה הרכבת האווירית לפעול עד ה-30 בספטמבר על מנת לצבור מלאי של מצרכים בברלין למקרה של חידוש הסגר. עד סיום פעולתה ערכו מטוסי התובלה 276,926 טיסות אל העיר.
מטוסים ושדות תעופה שהשתתפו במבצע.
כאמור הפעיל חיל האוויר האמריקני במסגרת המבצע בעיקר מטוסי תובלה מדגם C-54 (כולל מטוסים שסיפקה הזרוע האווירית של הצי האמריקני). השימוש במטוסי הדקוטה הופסק לחלוטין עד 1 באוקטובר 1948, ועד מועד זה הוכנסו לשימוש במבצע 225 מטוסי C-54. מטוסי תובלה מדגמי דאגלס C-74 גלובמאסטר ובואינגC-97 סטרטופרייטר הוטסו לברלין לניסיון במשך זמן קצר. נעשה ניסיון להפעיל גם מטוסי פיירצ'יילד C-82.
חיל האוויר האמריקני הציב במערב גרמניה מטוסי קרב מדגם P-47 ת'נדרבולט כדי להתכונן לאפשרות שהסובייטים ינסו להתנכל לרכבת האווירית. אליהם הצטרפו בהמשך מטוסי קרב סילוניים מדגם P-80, שהובאו מבסיס אמריקני בפנמה.
לצורך הטסת הציוד והאספקה הדרושים למבצע מארצות הברית לאירופה נעשה שימוש במטוסי דאגלס DC-4 (המטוס ממנו פותח ה-C-54) של מספר חברות אזרחיות.
חיל האוויר המלכותי הבריטי הציב למבצע 58 מטוסי דקוטה ו-40 מטוסי אוורו יורק. מנובמבר 1948 הצטרפו אליהם מטוסי תובלה מדגם הנדלי פייג' הייסטינגס החדש. הופעלו גם תריסר מטוסי דקוטה מחילות אוויר של מדינות חבר העמים הבריטי וביניהן אוסטרליה. 10 ספינות טיס מדגם שורט סנדרלנד, שקיבולתן הייתה 4.5 טון מטען, ערכו בקיץ 1948 1,000 טיסות מנהר האלבה ממערב להמבורג אל אגם האוול בברלין, עד אשר קפיאתו חייבה את הפסקת טיסותיהן.