В июне 1944 года подполковник Орлов переведен командиром 278-й истребительной авиационной Сибирско-Сталинской Краснознаменной дивизии, входившей в 3-й истребительный авиакорпус 1-й воздушной армии 3-го Белорусского фронта. Ее части участвовали в освобождении Белоруссии и Литвы, в Белорусской, Витебско-Оршанской, Минской, Вильнюсской и Каунасской наступательных операциях. За успешную боевую работу на 3-м Белорусском фронте дивизия была награждена орденом Суворова 2-й ст., а двум ее полкам (15-й и 274-й) присвоены наименование «Оршанские», и они были награждены орденами Красного Знамени. С 15 сентября по 30 декабря 1944 года дивизия базировалась на тыловых аэродромах 6-й и 16-й воздушных армий, пополнялась летным составом и новой техникой. С января 1945 года и до конца войны она в составе 3-го истребительного корпуса 16-й воздушной армии 1-го Белорусского фронта участвовала в Варшавско-Познанской, Восточно-Померанской и Берлинской наступательных операциях.