В ходе наступления воины 4-й танковой армии 26 марта освободили город Каменец-Подольский, а 1-й танковой армии 29 марта - город Черновцы. В последующие дни войска и авиация фронта вели ожесточенные бои с подошедшими резервами противника. Интенсивная их переброска из Франции, Дании, Греции, Югославии и других районов способствовала усилению сопротивления противника. В связи с этим 17 апреля войска 1-го Украинского фронта по указанию Ставки ВГК приостановили дальнейшее наступление и временно перешли к обороне.
Почти одновременно с Проскурово-Черновицкой операцией началась (5 марта) Уманско-Ботошанская наступательная операция войск 2-го Украинского фронта. Плохая погода, затруднения в подготовке аэродромов и периодические перебои в материальном снабжении существенно ограничивали активные действия 5-й воздушной армии. В связи с этим часть авиационных полков была перебазирована на передовые аэродромы, с которых полки продолжали оказывать поддержку войскам, совершая до 80 самолето-вылетов в сутки. Для прикрытия наших войск истребительная авиация производила полеты на предельный радиус действия самолетов. В этих условиях активно и успешно вели боевые действия летчики эскадрильи Героя Советского Союза майора Н. Д. Гулаева. Шестерка истребителей под его командованием вылетела на прикрытие войск. Патрулируя за линией фронта, летчики обнаружили 27 немецких бомбардировщиков под прикрытием восьми истребителей, идущих в расположение наших войск. Советские летчики смело атаковали их и в скоротечном бою уничтожили 11 самолетов, из них 5 сбил Н Д Гулаев. На его счету было уже 50 вражеских самолетов.
Отважно сражался в небе Правобережной Украины Герой Советского Союза Г. А. Речкалов. В боях за ее освобождение вложил свою долю ратного труда и Герой Советского Союза капитан С. Д. Луганский. Он воевал на истребителе, который ему подарили земляки-комсомольцы и молодежь Алма-Аты. В воздушных боях он уничтожил более 30 вражеских самолетов. Родина высоко оценила ратные подвиги своих сынов. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 июля 1944 г. капитаны Н. Д. Гулаев, Г. А Речкалов и С. Д. Луганский были награждены второй Золотой Звездой Героя Советского Союза.
Войска 2-го Украинского фронта при поддержке авиации 26 марта 1944 г. вышли на 85-километровом участке к реке Прут - государственной границе СССР
Закончив сосредоточение и перегруппировку сил, 6 марта после артиллерийской и авиационной подготовки перешли в наступление и войска 3-го Украинского фронта в направлении Нового Буга силами 46-й и 8-й гвардейской армий. В этот же день была введена в сражение и конно-механизированная группа генерала И. А. Плиева. Поддержка сухопутных войск осуществлялась 17-й воздушной армией, основные усилия которой были направлены на подавление огневых точек и узлов сопротивления противника, а также на срыв перегруппировки его войск и дезорганизацию управления. При активной поддержке авиации конно-механизированная группа через два дня освободила город Новый Буг. Продолжая развивать наступление в направлении Березниговатое, Снегиревка, она совместно с наступавшими армиями фронта создала угрозу окружения 6-й армии немцев.
В связи с этим немецкие войска отдельными группами начали отходить за Южный Буг в направлении Николаева. Усилия авиации и были сосредоточены на уничтожении отходящих колонн.
Несмотря на огромные трудности, связанные с распутицей и выходом многих грунтовых аэродромов из строя, наша авиация совершала до 300 самолето-вылетов в сутки. В период боев за освобождение Правобережной Украины летчики и авиационные командиры всех степеней проявляли находчивость, мужество и отвагу в борьбе с немецкими захватчиками.
На рассвете 24 марта на стоянку самолетов эскадрильи прибыл командир 306-й штурмовой авиационной дивизии полковник А. Ф. Исупов. По данным воздушной разведки летчики-штурмовики должны были нанести удар по группировке противника, изготовившейся для контратаки. Низкая облачность не позволяла направить истребители для сопровождения Ил-2. Учитывая сложную обстановку и важность задачи, полковник Исупов решил лично вести группу в бой. В 10 часов 15 минут штурмовики подошли к населенному пункту Безуварово, обнаружили цель и атаковали ее.
Смелыми и неоднократными атаками летчики нанесли эффективный удар по врагу. Командир дивизии по радио объявил благодарность летному составу за успешное выполнение задания и дал указание возвращаться на аэродром. В это время появились немецкие истребители и пытались атаковать штурмовиков, но воздушные стрелки отразили их нападение. При повторной атаке вражеский истребитель тяжело ранил Исупова и воздушного стрелка Кривко. Поврежденный штурмовик загорелся и стал снижаться. Над селом Ковалевка вышел из строя поврежденный двигатель, и экипаж произвел вынужденную посадку на территории, занятой врагом.
В тяжелом состоянии полковник Исупов был захвачен в плен и отправлен в Германию. Немцы предложили летчику выступить перед пленными с призывом принять участие в войне против своей Родины. Через несколько дней в лагере были построены пленные советские летчики. На трибуну поднялся коммунист Исупов. Обращаясь к боевым друзьям, он разоблачил фашистскую ложь о положении на советско-германском фронте и призвал военнопленных до последнего вздоха быть верными сынами Родины. Его речь была прервана. 15 июля 1944 г. всех военнопленных лагеря снова выстроили, вызвали из строя Исупова и еще пятерых советских летчиков, надели на них наручники, втолкнули в полицейскую машину и увезли. Исупов и другие патриоты успели крикнуть на прощание товарищам: "Да здравствует наша Советская Родина!" Командир авиационной дивизии полковник А. Ф. Исупов, честно выполнив свой долг, погиб, защищая свою Родину.
Под ударами войск и авиации 2-го и 3-го Украинских фронтов соединения 6-й немецкой армии отступали на запад. 4 апреля 37-я армия и конно-механизированная группа под командованием генерала И. А. Плиева при поддержке авиации 17-й воздушной армии освободили железнодорожную станцию Раздельная, расчленив группировку противника на две части. 10 апреля советские войска освободили Одессу, а через четыре дня вышли на Днестр и с ходу захватили ряд плацдармов на его правом берегу. 17-я воздушная армия оказала сухопутным войскам существенную поддержку в этой операции. Особенно отличились летчики 9-го смешанного авиационного корпуса и 288-й истребительной авиационной дивизии.