В составе Авиации дальнего действия дивизия с марта 1942 года наносила удары по железнодорожным узлам Орёл, Курск и Харьков. 10 июля дивизия была перебазирована на аэродромы Платоновка и Кирсанов (Тамбовская область), а 15 июля часть экипажей дивизии направлена в Монино для нанесения ударов по Берлину. С 12 мая 1942 года по 29 мая 1942 года дивизия принимала участие Харьковской операции. В ходе Сталинградской битвы полки дивизии с сентября наносили удары по железнодорожным узлам Ростов-на-Дону, Сальск, Шахты, Каменск, Котельниково, Миллерово, по аэродромам Морозовский и Тацинская. В октябре дивизия привлекалась для нанесения ударов по аэродромам противника в районах Обливская, Сталино, по железнодорожному узлу Морозовская. С 10 ноября дивизия бомбила окраины Сталинграда, населенные пункты Воропоново, Гумрак, Городище, Елшанку, Карповку и другие, поддерживая наступающие войска Юго-Западного, Донского и Воронежского фронтов. По завершении Сталинградской операции полки дивизии вернулись на свои аэродромы: Липецк и Грязи.