В 1939 году было выпущено 12 самолетов ДБ-А. В боевых действиях участия они не принимали, используясь в качестве транспортных.

Накануне войны отдельным направлением работы В. Болховитинова стали самолеты с тандемным расположением двигателя, при котором два мотора водяного охлаждения устанавливались один за другим с приводом на соосные винты, за счет чего решалась задача создания двухмоторного самолета с минимальным лобовым сопротивлением.

В период конструирования применялись наименования ББС (ближний бомбардировщик скоростной), ББ (бомбардировщик Болховитинова), ЛБ-С (легкий бомбардировщик-спарка) и ССС (сверхскоростной самолет), наиболее известна машина как самолет «С».

Самолет проходил государственные испытания в 1940 году, с двумя двигателями М-103 развив на высоте 4,6 км скорость 570 км/ч. При этом для разбега при уменьшенном взлетном весе потребовалось 863 м, при нормальном взлетном весе самолету требовалась полоса свыше 1040 м. Самолет должен был нести до 400 бомб, оборонительное вооружение состояло из одного-двух 12,7-мм пулеметов. Хотя отмечалась оригинальность схемы, по заключению комиссии по своим взлетно-посадочным данным самолет испытаний не выдержал.

Другим проектом, разработанным по такой же схеме, стал истребитель И-1. Согласно расчетам, два двигателя М-107 должны были обеспечить вооруженному двумя 23-мм пушками и четырьмя пулеметами истребителю скорость до 750 км/ч и дальность до 2000 км. Однако реализация подобной схемы с более мощными М-107 вызвала сложности, до начала войны самолет не был достроен, а в условиях военного времени работа по нему была прекращена.

Основным направлением работы В. Болховитинова в годы войны стало создание единственного поднявшегося в воздух до 1945 года советского самолета с реактивным двигателем.

Проект истребителя-перехватчика с ракетным двигателем был начат А. Березняком и А. Исаевым еще весной 1941 года. В июне Болховитинов направил проект на рассмотрение руководству. Он был одобрен, при этом на создание самолета было отведено всего 35 дней.

Самолет изначально создавался как боевая машина, на которой предполагалась установка вооружения в составе двух пушек ШВАК.

Первый полет получивший наименование БИ самолет с жидкостным реактивным двигателем конструкции совершил 15 мая 1942 года. Летчик-испытатель капитан Г. Бахичанджи положительно отозвался об управляемости самолета. Вскоре было принято решение, не дожидаясь окончания полной программы испытаний, начать постройку небольшой серии самолетов БИ-ВС для проведения войсковых испытаний в строевых частях, причем эти машины предполагалось дополнительно, кроме пушек, оснастить бомбовыми кассетами, содержащими десять 2,5-кг бомб для сбрасывания на строй бомбардировщиков при пролете над ними.

Из-за воздействия паров азотной кислоты в процессе испытаний деревянный планер быстро изнашивался, поэтому летные испытания были продолжены уже на следующем экземпляре 10 января 1943 года. В ходе испытаний была достигнута скорость 675 км/ч и вертикальная скороподъемность 82 м/с, самолет поднимался на высоту 4000 м. При работе ЖРД в течение 84 сек. продолжительность полета равнялась 6 мин 22 с. В седьмом полете 27 марта 1943 года планировалось достичь скорости 750–800 км/ч, однако почти сразу после взлета самолет перешел в пикирование и разбился. Катастрофа, во время которой погиб Г. Бахчиванджи, продемонстрировала наличие неучтенных при проектировании неизвестных ранее явлений, проявляющихся на околозвуковых скоростях. Постройка «войсковой серии» была остановлена, но испытания некоторое время еще продолжались, при этом проводились также эксперименты с дополнительной установкой ПВРД, но этот вариант испытывался только в аэродинамической трубе. Последние полеты с использованием ЖРД – уже с двигателем РД-1 конструкции А.М. Исаева – на БИ были выполнены в январе 1945 года.

Самым массовым бомбардировщиком ВВС РККА к началу войны оставался созданный еще в 1934 году под руководством А.А. Архангельского, работавшего в составе КБ А.Н. Туполева, самолет АНТ-40, более известный под маркой СБ (скоростной бомбардировщик).

Самолет представлял собой цельнометаллический двухмоторный моноплан с однокилевым хвостовым оперением, убирающимся шасси, гладкой обшивкой, был легко управляем благодаря продуманной конструкции рулей и автоматизации крыла. Бомбардировщик, оснащенный двигателями «Испано-Сюиза 12Ybrs», выпускавшимися в СССР под индексом М-100, развивал скорость около 420 км/ч. На внутренней подвеске самолет нес до 600 кг бомб, но предусматривалось и размещение боевой нагрузки на внешней подвеске. Выпуск самолета был начат в 1936 году, и практически сразу же СБ отправился в Испанию, где получил прозвище «Катюша». Несмотря на то что самолет был еще слабо освоен, он интенсивно использовался и немало озадачил пилотов авиации Франко, истребители которых зачастую просто не могли догнать советский бомбардировщик.

В процессе выпуска продолжалось совершенствование самолета. После установки модернизированных моторов М-103 и М-105 скорость серийных самолетов достигла 450 км/ч. Были установлены наружные держатели для 250-кг и 500-кг бомб, что подняло общую бомбовую нагрузку до 1500 кг, самолет также получил дополнительную бронезащиту пилота, усовершенствованный бомбовый прицел и новую турель стрелка. Кроме того, еще во время финской войны на СБ устанавливались до 10 ракет РС-132.

Бомбардировщик СБ выпускался с 1936 по 1941 год, в общей сложности было выпущено около 6500 машин.

Уже осенью 1939 года Александр Александрович Архангельский представил проект нового скоростного ближнего бомбардировщика СББ. От СБ самолет отличался улучшенной аэродинамикой, двухкилевым оперением и более высокой нагрузкой на крыло. Согласно расчётам, скорость должна была составить 455 км/ч у земли и 612 км/ч на высоте 9000 м (по оценке специалистов НКАП, эти расчеты были завышены и реально было ожидать скорости до 570 км/ч, что, впрочем, также было достаточно высоким показателем)

Масса бомбовой нагрузки, включавшей бомбы калибра от 2,5 до 250 кг, равнялась 600 кг, в перегруз до 1000 кг, в том числе 800 кг на внутренней подвеске.

Самолет поднялся в воздух в октябре 1940 года, однако в одном из полетов повредил шасси, в результате чего испытания были продолжены уже в феврале 1941 года, продемонстрировав в полетах с марта по июль скорость 540 км/ч на высоте 4900 м. По мнению конструктора, после небольшой доработки и устранения дефектов она могла возрасти до 560–565 км/ч, однако в условиях, сложившихся в связи с началом войны и успешными испытаниями самолета «103» – будущего Ту-2, – заинтересованности в проекте СББ у руководства уже не было.

Немногим успешнее стала участь другого самолета, появившегося в результате модернизации СБ, – пикирующего бомбардировщика Ар-2, выпускавшегося с 1940 по 1941 год. Кроме наличия тормозных решеток и автомата вывода из пикирования, от предшественника он отличался также измененной носовой частью, перемещенными в крыло радиаторами и новыми мотогондолами, в которых размещались двигатели М-105. Бомбардировщик мог нести до 1600 кг бомб, скорость серийных машин была не ниже 470 км/ч. Но работа над совершенствованием машины уже в 1941 году была прекращена, а выпуск ограничен примерно 200 машинами, большая часть которых была потеряна в начальный период войны. Снятие с производства Ар-2 было вызвано в первую очередь появлением более скоростного Пе-2. В то же время Ар-2 имел большую бомбовую нагрузку при возможности поднимать бомбы от 50 до 500 кг, при этом был способен сбрасывать в пикировании бомбы с внутренней подвески. Кроме того, Ар-2 был проще в управлении и имел отличные взлетно-посадочные качества. По мнению некоторых специалистов, способность Ар-2 наносить прицельные удары с использованием ФАБ-500 пригодилась бы Красной Армии, когда ей пришлось взламывать насыщенную оборонительными сооружениями линию обороны вермахта в 1944–1945 годах.