То же самое касается и авиации Южного фронта, которая в первые дни не только понесла минимальные потери среди приграничных частей, но и сразу активно включилась в боевую работу. Так, бомбардировщики согласно предвоенным наступательным планам атаковали стратегические объекты в Румынии.
Однако вскоре почти идиллическая картина была нарушена: на правом фланге противник опрокинул Юго-Западный фронт, а 2 июля румынская 3-я армия начала наступление в районе Черновцов.
На тот момент ВВС фронта насчитывали 530 истребителей и 139 бомбардировщиков. Все эти силы были брошены для того, чтобы как-то остановить немецкое наступление. Всего ВВС Южного фронта с 22 июня по 9 июля (когда фактически закончились бои в Молдавии) выполнили более 5000 боевых вылетов, записав сбитыми 238 вражеских самолетов.
Румынские части были остановлены в районе Фельцы, натолкнувшись на серьезные оборонительные позиции Красной Армии. Попытки румынских и немецких бомбардировщиков помочь своим войскам привели к серьезным боям. Так, в тяжелейшем бою 10 июля в районе Тирасполя летчики 131-го иап, вооруженного И-16, сбили 8 румынских и три немецких Me-109. Однако наиболее результативным полком ВВС Южного фронта был 67-й иап, летчики которого одержали 47 побед (по большей части это были румынские самолеты) при потере всего шести пилотов убитыми.
12 июля под давлением внешних обстоятельств части Южного фронта начали отступление. Следующим поворотным пунктом стало сражение за Одессу.
Этот портовый город был важным пунктом базирования Черноморского флота, и его оборона длилась более двух месяцев и происходила параллельно с битвой под Киевом и попытками немецкого командования взять еще один важный стратегический пункт — Николаев.
Основную тяжесть боев за Одессу выдержала румынская 4-я армия при поддержке достаточно мощного авиакорпуса. Применение люфтваффе на этом направлении было крайне спорадическим.
Обороняющиеся наземные части фактически прикрывались всего одним истребительным авиаполком (69-м), поддержанным частями ВВС Черноморского флота. С конца августа других частей ВВС Южного фронта в этом районе не было.
69-й истребительный авиаполк был сформирован в Запорожье в сентябре 1939 года, а уже в октябре был переброшен в Одессу. В предвоенное время полк из четырех эскадрилий И-16 базировался на полевых аэродромах в районе Тирасполя. 23 июня две эскадрильи полка перелетели на аэродром под Одессу, где были включены в состав ПВО города, а оставшиеся две эскадрильи под командованием майора Шестакова прикрывали Кишинев и Тирасполь.
