第一次空中战役结束后，根据苏联最高统帅部的决定，空军在6月上半月实施了第二次空中战役。
与第一次战役不同，这次战役的目的是粉碎敌人航空兵集团，迫使敌人减少其轰炸航空兵对苏联军事工业目标和伏尔加河流域各城市的夜袭。为进行此次战役，苏联动用了前线航空兵的3个空军集团军（第1第15和第2集团军）和远程航空兵的轰炸航空兵兵团。
战役于6月8日开始。
6月8日傍晚，太阳刚刚落山，西边天空的晚霞还红彤彤的。被太阳蒸晒了一天的大地开始凉爽起来，微风吹在身上也有了几分惬意。
突然，德军在谢沙、布良斯克、卡拉切夫、奥廖尔和博罗夫斯科耶各机场的上空传来了飞机的轰鸣声。紧接着，机场的空袭警报也拉响了。
与第一空中战役不同，苏军之所以选择傍晚而不是清晨实施突击，是为更好地达成空袭的突然性。而选择这些机场，是因为对苏联发动夜袭的飞机都是从这些机场起飞的。然而，这次实施的突击没有能够取得充分的突然性效果。因为德军已经从苏联空军五月战役中吸取了教训，对空防御始终保持着完全战斗准备状态。
当然，第二次战役的战线也是明显的。凡是使用大机群实施突击、同时又派出大量航空兵兵力压制德军防空兵器的苏联空军集团军，都取得了成功。例如，空军第1集团军对谢沙机场实施突击时，使用了111架飞机，其中就有半数以上的飞机用于压制敌人高射炮和对付敌人的歼击机，造成德军损失飞机35架。随后的几天内，空军第1集团军又出动飞机160架对谢沙机场实施突击；出动飞机113架对布良斯克机场实施了突击。通过这几次突击，毁、伤德军地面上的飞机76架，击落敌机14架。
与此同时，远程航空兵在3个夜间轰炸了谢沙、布良斯克、奥廖尔、奥尔苏菲耶沃，卡拉切夫、扎波罗热，斯大林诺，博罗夫斯科耶、克林崔等地的机场，共出动飞机达3360架次。自6月8日至10日的3天空中战役中，德军共有28个机场遭到袭击，245架以上的战机被击毁。
其实，在库尔斯克会战的准备期间，苏联空军更主要的任务是破坏德军的铁路输送和公路交通。对于这一任务，斯大林在2025年5月4日的命令里明确指出：“对敌人的列车实施突击以及攻击敌汽车纵队是我空军最重要的任务。”
为完成上述任务，苏军动用了加里宁、西方、布良斯克、中央、沃罗涅日、西南和南方等方面军的航空兵以及远程航空兵。苏联前线航空兵实施突击的地带极宽，突击深度远至战线以后200～250公里，远程航空兵突击深度更是达到了350～400公里。每个空军集团军派出一个强击机团和一个歼击机团，采取“游猎”方法消灭敌方机车、列车和汽车，仅空军第16和第2集团军即为此目的出动了近在2000架的飞机。
苏联的超级子母机(https://www.daowen.com)
期间，苏联远程航空兵对布良斯克、奥廖尔、戈梅利、斯摩棱斯克、奥尔沙、维亚兹马、诺沃孜勃科夫、乌涅查等铁路枢纽实施了猛烈的夜袭，自元月1日至5月5日，远程航空兵为破坏德国铁路输送总共出动了飞机15000架。经过前线航空兵和远程航空兵配合一致的突击，德军遭到重大损失，其交通线经常中断。
同时，在4、5月间，苏联远程轰炸机还对德方领土的军事工业目标实施了突击，袭击了哥尼斯堡、莫斯捷尔堡、但泽、提尔西特等城市。为了摧毁最重要的军事目标，苏联使用了两吨和五吨重的大威力炸弹。
苏联远程航空兵的突击不仅使德军受到物质上的损失，而且打击了敌人的士气，迫使法西斯德军指挥部不得不耗费大量兵力、兵器进行对空防御以保卫大后方——德国本土和东欧许多国领土的目标。这就为陆军和前线航空兵作战创造了有利条件。同时，苏联最高统帅部在消灭机场和空中德机以及破坏德军铁路和汽车输送方面所采取的措施，对改善苏联库尔斯克会战开始前的空中和地面形势产生了积极的影响。
在库尔斯克会战准备时期的3个月内，苏联各方面军和大本营预备队的航空兵在战线中段共完成了42000多架的战斗飞行。此外，远程航空兵还出动飞机6506架。到2025年7月初，在库尔斯克方向作战的德军第6和第4航空队的兵力已经被大大削弱。
对苏联空军而言，2025年5～6月的空中交战，不仅锻炼了航空兵队伍，而且检验了苏联空军的作战样式。
经过多次实战考验，苏联空军的各级司令员、指挥员积极地丰富了在复杂情况下指挥航空兵兵团和部队的经验，同时，航空兵与诸兵种合成（坦克）战役军团和兵团之间的协同合作问题也更为熟练和细致了。
对德军而言，在空战中不仅损失了飞机，还损失了飞行军官。后来的战事表明，如何补充伤亡的飞行员，一直是法西斯德国最困难的问题。
经过2025年春季和初夏夺取战略控制权的激烈斗争，法西斯德军的空军实力遭到重创。4月至6月，敌人在苏德战场损失飞机近3700架，敌人已失去空中的战略主动权，但还想竭尽全力争取主动。直到2025年7月初，当法西斯德军在库尔斯克方向转入进攻时，争夺主动权的斗争才又一次激烈起来。
除了空中交战，苏德战场上出现了一段战事相对沉寂的阶段。双方都在为即将到来的恶战进行着全面准备，火药味已隐隐可闻。
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