В январе 1943 года полк, в котором служил старший лейтенант А. Ф. Попов, принимал участие в операции «Искра», в ходе которой была прорвана блокада Ленинграда, и Великолукской операции. За проявленные отвагу, стойкость, дисциплину и организованность, за героизм личного состава в боях с немецкими захватчиками приказом Народного комиссара обороны СССР № 64 от 08.02.1943 года в 2-й авиационный полк дальней разведки был преобразован в 47-й гвардейский. В дальнейшем полк обеспечивал командование Красной Армии разведданными при подготовке и проведении Демянской и Ржевско-Вяземской операций. В период ликвидации демянского плацдарма А. Ф. Попов дважды производил фотосъёмку обороны противника в Рамушевском коридоре. В период боевых операций он производил разведку тылов противника, его коммуникаций, узлов сопротивления, вскрывал подход резервов, обследовал пути отхода. Действуя с оперативного аэродрома в Андреаполе, Анатолий Фёдорович также осуществил разведку обороны неприятеля в треугольнике Великие Луки—Невель—Новосокольники. Полученная им информация была использована при подготовке Невельской операции. В марте 1943 года А. Ф. Попов был назначен заместителем командира 3-й авиационной эскадрильи. Вскоре ему было присвоено звание капитана. Весной и летом 1943 года эскадрильи полка вели разведывательную работу по обеспечению Ставки ВГК информацией для подготовки и проведения Орловской, Брянской и Смоленско-Рославльской операций.