Вооружение самолета состояло из двух пушек, а мотор «М-82» воздушного охлаждения имел большую живучесть, чем мотор жидкостного охлаждения, и одновременно являлся передней защитой экипажа от огня противника.
Весной 1943 г. на фронт начал поступать уже улучшенный вариант этого истребителя — «Ла-5Ф», имевший более мощный мотор и улучшенный обзор из кабины летчика. В том же году в серию пошла самая совершенная модификация истребителя — «Ла-5ФН». При создании этого самолета конструкторы учли рекомендации специалистов ЦАГИ, что позволило усовершенствовать аэродинамические характеристики машины и снизить ее вес. В результате этого «Ла-5ФН» стал одним из самых легкоуправляемых истребителей, отлично держался в глубоком вираже и обладал не только высокой скоростью и скороподъемностью, но и исключительно хорошими маневренными данными.
«Ла-5ФН» начал поступать в летные подразделения летом 1943 г. и участвовал в сражении на Курской дуге. Воздушные бои показали его превосходство над лучшими модификациями немецких истребителей. По своей боеспособности «Ла-5ФН» в 1943 г. стал сильнейшим истребителем воздушного боя на советско-германском фронте.
«Ла-11» — дальний истребитель сопровождения — стал продолжением развития идей, заложенных в «Ла-5». Это был последний советский истребитель, оснащенный поршневым двигателем.
Среди самолетов, созданных советскими конструкторами во время Великой Отечественной войны, видное место занимал скоростной пикирующий бомбардировщик «Пе-2». Первоначально самолет был спроектирован в 1940 г. коллективом конструкторов, возглавляемым В.М. Петляковым, как двухмоторный высотный истребитель дальнего действия — проект «100». Но после визита группы советских авиаконструкторов в Германию было признано, что такой истребитель будет малоэффективным. Требования к самолету изменились, и вскоре он был переделан в пикирующий бомбардировщик. После быстро проведенных испытаний и небольших доделок самолет под маркой «Пе-2» был запущен в серийное производство.
«Пе-2» представлял собой цельнометаллический моноплан с двумя двигателями «М-105Р» по 1100 л.с. Это был первый в СССР максимально электрифицированный самолет. Отклонение закрылков, тормозных щитков, рулей высоты и направления, управление насосом гидросистемы, уборкой и выпуском шасси осуществлялось с помощью электродвигателей. Для облегчения ввода в пикирование и вывода из него после сброса бомб на самолете был установлен специальный электромеханический автомат. Кроме этого самолет имел герметичную кабину, в которой размещались летчик и штурман-бомбардир. Стрелок-радист располагался в фюзеляже.
Модифицированный истребитель «ЛаГГ-3» получил название «Ла-5». По сравнению с прототипом у него существенно возросла скорость полета и быстрота набора высоты, улучшилась вертикальная маневренность.
В начале 1944 г. пол руководством конструктора СЛ. Лавочкина был разработан истребитель «Ла-7». На фронтах этот самолет неоднократно продемонстрировал полное превосходство над немецкими истребителями. Трижды Герой Советского Союза И.Н. Кожедуб на «Ла-7» сбил 17 самолетов противника (в том числе реактивный истребитель «Messerschmitt Me-262») из 62 сбитых им за время войны на истребителях марки «Ла».
Вооружение «Пе-2» состояло из двух неподвижных пулеметов для стрельбы вперед, одного в верхней и одного в нижней 
Между тем авиаконструкторы не останавливались на достигнутом. Шла работа над созданием новых аппаратов. Под руководством В.М. Петлякова был создан новый самолет — дальний тяжелый бомбардировщик «Пе-8» («ТБ-7»).
Оснащенный четырьмя двигателями мощностью по 1850 л.с., самолет-гигант имел размах крыльев 39 м и длину 23 м. Максимальный взлетный вес бомбардировщика составлял 35 т, при этом «Пе-8» развивал скорость до 405 км/ч. Неся на борту 2 000 кг бомбовой нагрузки, бомбардировщик способен был отразить атаки истребителей противника огнем пушек и пулеметов.
Мало кому известно, что в 1942 г., в разгар второй мировой войны, именно «Пе-8» доставил советскую правительственную делегацию в Соединенные Штаты Америки. При этом большую часть полета самолету пришлось пройти над территорией, оккупированной врагом. Кроме этого, в ночь на 8 августа 1941 г. авиационная группа дальних бомбардировщиков под командованием командира 1-го минно-торпедного полка ВВС Краснознаменного Балтийского флота Е.Н. Преображенского совершила первый бомбовый налет на Берлин. Всего до 4 сентября 1941 г. советские летчики совершили 1.0 налетов на Берлин небольшими группами тяжелых бомбардировщиков. На военные объекты столицы фашизма было сброшено несколько сот крупнокалиберных фугасных бомб.
Первоначально самолет носил название «ТБ-7». В 1942 г. после существенной модернизации бомбардировщик получил название «Пе-8». Это было связано также с гибелью его конструктора В.М. Петлякова.
В 1942 г. с конвейера завода сошли первые серийные «Ту-2». Завод произвел уже 80 бомбардировщиков, когда вышло правительственное решение о замене его на истребитель «Як-9». Ошибочность этого решения стала очевидна очень скоро, и производство «Ту-2» возобновили на другом заводе, который дал фронту первые машины уже в 1943 г.
На самолете «Пе-8» («ТБ-7») впервые, раньше чем в США и Англии, были подняты 5-тонные бомбы, хотя действия самолета в наших условиях часто бывали скорее тактическими, чем стратегическими. В мае 1943 г. «Пе-8» бомбили Кенигсберг, а на Курской дуге в июле 1943 г. сбрасывали 5-тонные бомбы на немецкую ударную группировку.