К 15 августа полк был сформирован и укомплектован командованием, штабом, руководящим летным и техническим составом. В полку имелось 25 самолетов Пе-2 (в течение 1941 г. полк получил с заводов еще четыре самолета Пе-3 и один Пе-2), и 17 экипажей, прошедших переучивание на Пе-2 в июне-июле 1941 г. Однако немедленно приступить к выполнению боевых задач полк пока не мог, так как экипажи в подавляющем большинстве не имели опыта разведывательных полетов, а прибывающее пополнение летчиков и штурманов вообще не летало на Пе-2. Значительная часть техников также не умела обслуживать новейшие на тот момент «пешки». Ко дню формирования полка, 15 августа 1941 г., было подготовлено десять экипажей, являвшихся в основном руководящим составом эскадрилий. С 20 августа переучивание летного состава на самолет Пе-2 и подготовка экипажей к разведывательным полетам велась силами полка.
В течение августа и сентября шло переучивание летного состава, сколачивание экипажей, обучение методам ведения воздушной разведки. Продолжалась подготовка технического состава и переоборудование пикирующих бомбардировщиков в разведчики. В бомбоотсеках монтировались аэрофотоаппараты. Впервые в ВВС Красной Армии на самолетах установили пять качающихся аэрофотоустановок, изготовленных в ПАРМ полка. Демонтировались тормозные щитки и устанавливались подкрыльевые подвесные бензобаки. Вместо устаревших радиополукомпасов РПК-1 устанавливались новые РПК-2, радиостанции стрелков-радистов РСИ заменялись более мощными КВ радиостанциями РСБ-бис. Вместо автомата пикирования устанавливали автомат курса АК-1, монтировалось кислородное оборудование. Чуть позже, в ноябре 1941 г., когда после первого месяца боевой работы выяснилась слабая защищенность Пе-2 от истребителей противника в нижней задней полусфере, зам.инженера эскадрильи старший лейтенант А.А. Пома- занский предложил установить на нижних поверхностях крыльев направляющие для PC, стреляющих в заднюю полусферу. После успешного испытания нововведения в полете на самолете командира полка, за две недели аналогичным образом доработали все самолеты полка, опять же – впервые в ВВС КА. Доработка сохранила не один экипаж. К примеру, в одном из боевых вылетов экипаж младшего лейтенанта Щитова на высоте 5000 м был атакован восьмеркой «мессеров». Казалось бы, шансов у экипажа почти не оставалось, но два залпа PC-132 развалили строй германских истребителей. Экипаж Щитова благополучно ушел от преследования и полностью выполнил задание. За модернизацию «пешки» старший лейтенант Помазанский получил в Кремле из рук М.И. Калинина орден Красной Звезды.
1 сентября 1941 г. для обработки результатов воздушного фотографирования в полку было создано фотоотделение, в состав которого вошли отделение фотолабораторной обработки и фотограмметрической обработки (дешифрирования) фотоматериалов воздушной разведки. Командир полка 1 октября 1941 г. доложил начальнику разведки ВВС, что 2-й АПДР ГК КА, составом 17 боеготовых экипажей в трех разведэскадрильях готов к ведению боевых действий.
Первый боевой приказ на воздушную разведку войск и техники противника в районе Вязьмы был получен 3 октября 1941 г. Первое в истории полка боевое задание успешно выполнили экипажи старшего лейтенанта Алышева (Пе-2 с бортовым номером «5») и старшего лейтенанта Рослякова (Пе-2 с бортовым номером «2»).
8 октября из 314-го ОРАП, которым он до этого командовал, прибыл новый командир полка – майор Т.Р. Тюрин. Тюрин бессменно командовал полком до марта 1948 г.
В октябре-ноябре 1941 г. полк проводил разведку группировки противника, ведущей наступление на центральном и северо-западном участках фронта в направлении на Москву. Экипажи полка выполнили 117 боевых вылетов. Десять и более раз были сфотографированы районы сосредоточения войск противника в окрестностях Теряевой Слободы (Теряево), Солнечногороска, Рогачева, Яхромы, Клина, Калинина, Истры, Гжатска, Можайска, Боровска, Калуги, Козельска, Белева.
В декабре 1941 г., во время наступательных операций частей Красной Армии под Москвой, экипажи полка производили воздушную разведку и фотографирование оборонительных рубежей противника, его аэродромной сети, разведку оперативных резервов и путей отхода германских войск в интересах Ставки ВГК, а также Западного, Юго-Западного и Калининского фронтов.
В начале декабря 1941 г. три экипажа 1-й АЭ: ком. АЭ капитана Рудевича, лейтенантов Алышева и Поспелова были перебазированы из Монино на аэродром Боровичи (Новгородская обл.). Экипажи вели разведку в интересах Ставки ВГК и Командующего 53-й ВА, обеспечивая операции наших войск в районе Тихвина. Группа действовала с аэродрома Боровичи в течение 15 суток. Как правило, разведка войск противника совмещалась с нанесением по ним бомбо-штурмовых ударов. Экипаж лейтенанта Поспелова (штурман лейтенант Галушко, стрелок- радист Баточка) с боевого задания на разведку немецких коммуникаций в полосе Новгород – Тихвин не вернулся, самолет был сбит германскими истребителями.
Боевая работа воздушных разведчиков сама по себе практически не предполагает выполнения заданий под прикрытием истребителей, одиночный экипаж уходит за линию фронта, и в дальнейшем все зависит от его мастерства и удачи. В первые военные месяцы все задания выполнялись в условиях полного превосходства в воздухе немецкой авиации. Воздушные разведчики над вражеской территорией подвергались противодействию зенитной артиллерии и истребителей противника, причем последние активно действовали по обе стороны линии фронта. Так германскими средствами ПВО 14 декабря 1941 г. был сбит Пе-3 командира 3-й эскадрильи старшего лейтенанта Климанова, выполнявший разведку района Смоленска.
Порой наши истребители и зенитчики, недостаточно хорошо различая силуэты самолетов, путали «пешки» с германскими Ju 88 и Do 215. Проблемы усугублялись недостаточной летно-штурманской подготовкой отдельных экипажей разведчиков – имели место случаи потери ориентировки при выполнении боевых заданий, грубые посадки, неграмотная эксплуатация систем самолета и двигателя, приводившие в лучшем случае к невыполнению боевых заданий, в худшем – к вынужденным посадкам и к потере самолетов.
В период разгрома немцев под Москвой, зимой 1941 – 1942 гг. экипажи полка выполнили 398 боевых вылетов. К 1 января 1942 г. полк потерял 16 самолетов и 48 человек личного состава. Из боевых вылетов не вернулись экипажи командира 3-й эскадрильи капитана Климанова, заместителя командира 2-й эскадрильи капитана Марченко, командиров звеньев старших лейтенантов Мельникова, Рослякова, Савина, младшего лейтенант Бердника; всего 13 экипажей.
Новый, 1942 г., начался с трагедии. 12 января два экипажа из 1-й эскадрильи – капитана Ф.А. Овечкина и старшего лейтенанта Н.П. Остапенко перегоняли в полк с авиазавода в Казани пару новых «пешек», с пассажирами. Для решения вопроса в НКАП о постановке лыж на самолеты Пе-2 в Москву вылетели главный конструктор самолета В.М. Петляков и его заместитель A.M. Изаксон. Полет проходил в сложных метеоусловиях: низкая облачность со снегом, ограниченная видимость. В районе станции Камкино Казанской железной дороги, недалеко от Арзамаса, через 35-40 мин после взлета самолет Овечкино врезался в холм. Все находившиеся на борту люди, включая В.М. Петлякова, погибли. Экипаж Остапенко по причине плохих метеоусловий сел не в Москве, а в Раменском. На следующий день за Изаксоном, который летел в самолете Остапенко, на У-2 прилетел майор Поклонский и увез его в Москву. После тщательного осмотра Пе-3 старшего лейтенанта Остапенко, он перелетел в Монино.
11 января 1942 г. при выполнении разведки в районе Калуги двумя истребителями Bf. 109 была атакована «пешка» капитана Попова. В ходе воздушного боя получил ранение штурман Иванов, загорелся один из моторов. Пожар двигателя распространился сначала на центроплан, а затем на кабину. Капитан Попов получил ожоги рук и лица, но сумел перетянуть через линию фронта и посадить самолет на брюхо. Уже в феврале капитан Попов вновь приступил к боевой работе. В одном из первых своих боевых вылетов после госпиталя он выполнил четыре захода под обстрелом зениток, сфотографировав с высоты 1200 м город и ж.д. узел Смоленск, а на обратном пути с бреющего полета обстрелял эшелоны на станции Ярцево. Анатолий Федорович Попов прибыл в полк 27 октября 1941 г. В 1945 г. за «отличное выполнение 90 боевых вылетов но дольнюю разведку войск противника и проявленные при этом отвагу, геройство и мужество» ему было присвоено звание Герой Советского Союза.
После разгрома немцев под Москвой полк приступил к выполнению разведывательных заданий с целью сбора информации о противнике, необходимой для планирования Ставкой ВГК операций Красной Армии в весенне-летний период 1942 г. К «старым» маршрутам добавились новые – в Прибалтику. Была поставлена задача выполнить оперативную разведку глубоких тылов противника до рубежа Таллин – Рига – Вильнюс. На данном направлении работала перебазированная на аэродром Выползово (20 км западнее ж.д. станции Бологое) оперативная группа 3-й эскадрильи в составе семи экипажей и пяти самолетов Пе-2/Пе-З. Группа приступила к боевой работе
6 февраля 1942 г. В конце месяца в Выползово прибыл со своим экипажем новый командир 3-й эскадрильи капитан П.Д. Дмитриев. Разведка велась в секторе: справа – Новгород, Луга, Таллин, слева – Великие Луки, Даугавпилс, Каунас до рубежа Таллин – Рига – Вильнюс.
С октября 1941 г. по февраль 1943 г. экипажи 3-й АЭ выполнили 568 боевых вылетов.
26 февраля 1942 г. Пе-3 младшего лейтенанта Я.С. Власова при выполнении разведки движения колонн по шоссейным и грунтовым дорогам в районах Великие Луки, Невель, Витебск, Велиж был атакован дестью истребителями. От разрыва в кабине снаряда летчик получил сразу пять тяжелых ранений. Осколками перебило ногу и правую руку, разбило грудь. Тем не менее младший лейтенант Власов привел самолет на аэродром Выползово и произвел «нормальную» посадку на выпущенное шасси. После остановки «пешки» летчик потерял сознание. От полученных в воздушном бою ранений Я.С. Власов скончался в госпитале.
В тот же день, 26 февраля, огнем зенитной артиллерии был подбит самолет старшего лейтенанта И.М. Юликова. Летчик выполнил вынужденную посадку на лед озера Селигер недалеко от Осташкова.
7 марта для «поднятия» этого самолета и организации его перелета на аэродром базирования к месту вынужденной посадки прибыла группа техников. Восстановление самолета подходило к конку, когда из-за оттепели поверх льда стала выступать вода. По колено в воде техники вместе с местными колхозниками вытащили самолет на берег. О взлете «пешки» речи уже не шло. С самолета сняли фотоаппаратуру и пулеметы, саму машину замаскировали. 8 марта семерка Ju-88 бомбила Осташков, от близкого разрыва бомбы «пешка» загорелась.
8 февраля 1942 г. во 2-й эскадрильи была создана группа ночных разведчиков (два экипажа) на самолетах Ил-4 под командованием командира эскадрильи майора Поклонского. Ровно через месяц, 8 марта, экипажи майора Поклонского и капитана Романова с аэродрома Монино выполнили первые ночные вылеты на разведку с одновременным нанесением бомбовых ударов по объектам в тылу противника. К осени во 2-й эскадрильи к ночным полетам на разведку было подготовлено четыре экипажа.
Полк одним из первых в ВВС Красной Армии получил на вооружение самолеты Ту-2. Как только на 166-м авиационном заводе в Омске весной 1942 г. начали выпуск первых серийных самолетов Ту-2, генерал-лейтенант авиации Д.Д. Грендаль добился проведения войсковых испытаний самолетов не только в варианте фронтового бомбардировщика, Но и в качестве разведчика. В мае стараниями Грендаля было принято решение о передаче нескольких Ту-2 во 2-й АПДР ГК КА.
Группа летчиков и штурманов (пять наиболее опытных экипажей: Рудевич – Курбатов, Малютин – Белов, Барабанов – Прощенко, Дрыгин – Рыжков, Вирко – Болбаш), а также техников 1-й эскадрильи убыла на завод в Омск для изучения новой матчасти 22 мая 1942 г. Группу возглавил командир 1-й эскадрильи майор Рудевич. Разведчики осваивали Ту- 2 вместе с группой личного состава 132- го бомбардировочного авиаполка, в который тоже должны были поступить Ту-2. Первыми, в сентябре, на фронт ушло 30 экипажей бомбардировочного полка, следом – разведчики. 30 октября 1942 г. четверка новеньких Ту-2 приземлилась на базовый аэродром 2-го разведывательного авиаполка в Монино. Эти Ту-2, как и все остальные самолеты первой серии, были изготовлены в бомбардировочном варианте и их переоборудование в разведчики, кок и в случае с Пе-2, проводилось в полку силами служб вооружения, фотооборудования и ПАРМ.
Летом 1942 г. обострилась обстановка на южном участке фронта. С 13 по 17 июля четыре экипажа, действуя с аэродрома подскока Мичуринск, выполняли задания разведотдела ВВС по вскрытию сил противника на Сталинградском направлении в секторе: справа – Серафимович, Свобода, Воронеж, Курск, слева – Морозовский, Каменск, Белгород. Успешно выполнив поставленную задачу, экипажи с базового аэродрома Монино, начиная с 18 июля, обеспечивали оперативной и тактической разведкой командование Калининского фронта при проведении наступательной операции наших войск в районе Ржева и Погорелого Городища.
19 июля 1942 г. шесть экипажей 1-й эскадрильи (те, что не были отправлены в Омск) на самолетах Пе-2 и Пе-3 под командованием заместителя командира полка майора Столярова перелетели из Монино в Мигалово (Калинин), где вошла в оперативное подчинение 3-й воздушной армии. Технический состав, фотоотделение и радиостанция РСБ прибыли в Мигалово 20 июля наземными эшелонами. К исходу дня все службы обеспечения группы майора Столярова уже работали. С 20 июля по 20 сентября 1942 г. оперативная группа вела ежедневную разведку в секторе: справа – Холм, Опочка, Даугавпилс, слева – Рос- лавль, Могилев. Нередко полеты на разведку выполнялись за день дважды. Особое внимание уделялось разведке перемещений германских колонн и поездов в районах городов Невель, Полоцк, Витебск, Орша, Смоленск, Вязьма, Сычевка, Ржев, Великие Луки, Новосокольники, Пустошка, Резекне, Даугавпилс. За 2 месяца группа выполнила 244 боевых вылета. 18 человек из этой группы были награждены орденами и медалями.
В конце сентября в Мигалово перебазировалась группа из девяти дневных и четырех ночных экипажей 2-й эскадрильи во главе с командиром эскадрильи майором А.П. Романовым, который являлся одним из самых опытных разведчиков полка – свой первый боевой вылет на разведку он выполнил 23 июня 1941 г. Отсюда эскадрилья до конца декабря вела воздушную разведку на глубину до Риги, Минска и Конотопа.
С 22 ноября 1942 г. четыре лучших экипажа 2-й эскадрильи во главе с командиром эскадрильи майором Романовым перебазировались из Мигалова в Андреаполь. С этого аэродрома они обеспечивали воздушной разведкой проведение важнейшей операции Калининского фронта того периода – ликвидацию Велико-Лукского плацдарма противника. До февраля 1943 г. экипажи 2-й АЭ выполнили 420 боевых вылетов днем и 3 -50 – ночью. 33 человека из состава 2-й АЭ к началу 1943 г. были награждены орденами и медалями.