Сформирована 13 июня 1942 г. на основании приказа НКО СССР от 9 июня 1942 г. на базе управления и частей ВВС Юго-Западного фронта в составе 206, 220, 235, 268-й и 269-й истребительных, 226-й и 228-й штурмовых, 270, 271 и 272-й бомбардировочных дивизий.

Боевой путь армии начался в оборонительных сражениях войск Юго-Западного фронта на полтавском, купянском, валуйско-россошанском направлениях.

12 июля армия включена в состав Сталинградского фронта, с 15 сентября Юго-Восточного фронта, с 30 сентября Сталинградского фронта 2-го формирования, (с 1 января 1943 г. Южный фронт 2-го формирования, с 20 октября 4-й Украинский фронт).

В июле-ноябре 1942 г. армия принимала участие в Сталинградской стратегической оборонительной операции, поддерживала сухопутные войска, вела упорные воздушные бои с превосходящими силами вражеской авиации. В ноябре-декабре во взаимодействии со 2,16 и 17-й воздушными армиями поддерживала действия войск фронтов в ходе контрнаступлении под Сталинградом, участвовала в воздушной блокаде окруженной группировки противника, осуществляла авиационную поддержку советских войск при разгроме котельниковской группировки. В 1943 г. действовала на ростовском направлении, при прорыве обороны противника на р. Миус, освобождении Донбасса, г. Мелитополь и южной части Левобережной Украины, в ходе ликвидации никопольской группировки войск противника.

В начале 1944 г. армия обеспечивала перегруппировку и сосредоточение войск фронта у Сиваша и Перекопа.

Затем содействовала его войскам в ходе Крымской стратегической операции, при форсировании Сиваша и прорыве перекопского оборонительного рубежа, при наступлении в глубь Крымского полуострова, штурме Сапун-горы, освобождении Севастополя, ликвидации войск противника, блокированных на мысе Херсонес, наносила удары по его кораблям на Черном море.

13 мая выведена в резерв Ставки ВГК.

В июле-августе в составе 1-го Украинского фронта (с 6 июля по 4 августа) участвовала в Львовско-Сандомирской стратегической наступательной операции.

Войдя в состав вновь сформированного 4-го Украинского фронта 2-го формирования, поддерживала его войска до конца войны: при преодолении Карпат и освобождении Закарпатской Украины, Чехословакии и южных районов Польши, в Моравско-Остравской операции.

Боевой путь армия закончила участием в Пражской стратегической операции и освобождении столицы Чехословакии.

За время Великой Отечественной войны 8-я воздушная армия совершила свыше 220 тыс. самолето-вылетов, участвовала в шести воздушных операциях.

За успешное выполнение заданий командования тысячи воинов награждены орденами и медалями, 203 летчикам присвоено звание Героя Советского Союза, А.В. Алелюхин, В.С. Ефремов и В.Д. Лавриненков удостоены этого звания дважды.

Командующие: генерал-майор авиации, с марта 1943 г. генерал-лейтенант авиации, с мая 1944 г. генерал-полковник авиации Хрюкин Т.Т. (июнь 1942 г. — июль 1944 г.); генерал-лейтенант авиации Жданов В.Н. (с августа 1944 г. — до конца войны).

Начальники штаба: генерал-майор авиации Шкурин Я.С. (июнь-август 1942 г.); полковник Селезнев Н.Г. (август 1942 г. — февраль 1943 г.); полковник Белов И.М. (февраль 1943 г. — июнь 1944 г.); генерал-майор авиации Изотов В.И. (июнь 1944 г. -до конца войны).