Приняв самолеты, полк приступил к перебазированию, но из-за плохой погоды путь от Перми до аэродрома Великий Бурлук Юго-Западного фронта занял около месяца. Туда 52-й ББАП прибыл только 15 мая 1942 г… в самый разгар наступления советских войск на Харьков. Первый боевой вылет в этой операции полк совершил для уничтожения самолетов противника на Харьковском аэродроме.
17 мая в результате контрудара немцев обстановка изменилась в неблагоприятную для советских войск сторону. Начался долгий период оборонительных боев, а затем отступление к Сталинграду. Но и в эти тяжелые для советской авиации дни тактика действий 52-го ББАП не изменилась. благодаря чему полк, в отличие от многих частей, прибывавших на ЮЗФ. не имел громадных потерь.
Из-за постоянно менявшейся обстановки на фронте и скудной информации о целях, которые поручалось бомбить, комполка А. И. Пушкин организовал ведение воздушной разведки «на себя», определяя место и характер цели. В особо напряженные периоды боев, когда у экипажей пропадала уверенность в благополучном возвращении из разведполета. Пушкин личным примером показывал всему летному составу, что на Су-2 можно воевать даже в таких тяжелых условиях. Летя на бреющем, он периодически «подскакивал» до 1000 м. осматривался и снова снижался. Так он не только обнаруживал цели, но и возвращался домой с ценными данными.
В одном из таких полетов Анатолий вышел на колонну испанской «Голубой дивизии», с большим скрипом вытянутой Гитлером на донские просторы. Командиры франкистских частей, видимо, не догадывались о существовании у русских боевой авиации: с воздуха Пушкин увидел. что, расположившись на обед, испанцы расставили в степи столы, покрыли их белыми скатертями… Экипаж сбросил бомбы на столь беспечного противника, а когда Пушкин передал донесение об обнаруженной колонне, бомбить ее вылетел весь состав 52-го полка.
12 августа 1942 г. за успешное выполнение боевых заданий. А И. Пушкину было присвоено звание Героя Советского Союза. В том же месяце он был назначен заместителем командира 270-й бомбардировочной дивизии, воевавшей на Пе-2 и Су-2.
В конце декабря 1942 г. А.И. Пушкин был направлен в Оренбург на курсы комдивов, куда собрали командиров, имевших боевой опыт. Обучение, начатое 1 января 1943 г., закончилось к июлю того же года, после чего Пушкин вернулся в свою дивизию на прежнюю должность. В феврале 1944 г. его назначили командиром формировавшейся 188-й бомбардировочной авиадивизии, и он убыл в Подольск к месту формирования соединения.
