Posteriormente, el 15º Ejército Aéreo apoyó a las tropas del Frente de Briansk en Batalla de Vorónezh (1942), participó en la liquidación de la cabeza de puente alemana en la orilla izquierda del Don. En el invierno de 1943, unidades del 15.º Ejército Aéreo participaron en la Ofensiva Vorónezh-Kastórnoe, lo que determinó en gran medida el éxito de la operación.