V červnu 1941, tedy v době zahájení německé operace Barbarossa ( vypukla 22. června ), bylo složení rumunského letectva, co se týče leteckého parku velice různorodé a zrcadlilo posuny rumunské diplomacie v předválečném období. V sestavě leteckých sil Rumunska bychom nalezli polské letouny PZL P.11 a P.24, které byly zařazeny do výzbroje u celkem dvanácti perutí a dohromady jich bylo ve službě něco málo přes 200 strojů. Stíhací jednotky byly dále vybaveny německými Heinkely He 112B a rovněž dvanácti britskými Hawker Hurricane. Ve výzbroji byly samozřejmě i rumunské IAR 80 a 81.

Naproti tomu bombardovací jednotky byly vybaveny například francouzskými Bloch 210 a Potez 633, dále britskými Bristoly Blenheim, italskými S.M.79B, německými středními Heinkely He 111 a střemhlavými bombardéry Junkers Ju 87. Průzkumné jednotky létaly na strojích P.23, což byla další polská konstrukce, ale většina z nich byla vybavena domácími letouny IAR 37, 38 a 39, kterých bychom v červnu 1941 nalezli ve službě celkem 325 kusů.

( Výsostný znak rumunského letectva )

Rumunské letectvo bylo v rámci operace Barbarossa přiděleno k 4. Luftflotte a působilo nad jižním úsekem východní fronty, kde podporovalo své krajany v postupu na přístav Oděsa. Postupně se však začala projevovat nedostatečná údržba a nedostatek náhradních dílů. Tyto těžkosti byly ještě navíc znásobeny velkou škálou typů letounů, které zásobovací jednotky nestačily vybavovat potřebnými součástkami. To vedlo k výraznému snížení počtu provozuschopných letounů, a proto byly ke konci roku 1941 rumunské letecké jednotky staženy z fronty domů k reorganizaci, aby bylo co nejvíce jednotek bojeschopných na novou letní ofenzívu roku 1942. V témže období dorazilo z Německa „nové“ vybavení v podobě dvanácti stíhaček He 112, sedmdesáti Messerschmittů Bf 109E a dvaceti středních bombardérů Junkers Ju 88.

Útok na Stalingrad na řece Volze vedla německá 6. armáda, kterou v červenci 1942 ze vzduchu podporoval I. rumunský letecký sbor ( ten se skládal z: 4 stíhacích perutí s letouny Bf 109E, 6 bombardovacích perutí s He 111H a italskými S.M.79B a dvou perutí střemhlavých Ju 87B Stuka ), ve sboru se navíc nacházelo několik menších jednotek s průzkumnými letouny a lehkými bombardéry. I. sbor, stejně jako rumunské pozemní jednotky utrpěl těžké ztráty v listopadu 1942 poté, co Sověti podnikli operaci Uran, jejímž úmyslem bylo obklíčení německé 6. armády. Z Německa opět dorazilo další vybavení, které tentokrát zahrnovalo stíhací Messerschmitty Bf 109G, zatímco bitevní letouny představovaly verze Ju 87D a především dvoumotorové, těžce pancéřované Henschely Hs 129. Posily taktéž zahrnovaly tolik středních bombardérů Junkers Ju 88, že bylo jimi možno přezbrojit tři bombardovací a jednu průzkumnou peruť, další čtyři perutě, se dočkaly vyzbrojení rumunskými IAR 80 a 81, jež byly používány jak pro stíhací, bitevní, tak i průzkumné lety.

( Rumunské stíhací letouny IAR 81 )

V létě 1943, bylo zapotřebí stále větší množství především stíhacích letounů na obranu vzdušného prostoru samotného Rumunska a to hlavně nad ropnými rafinériemi v Ploješti, na které podnikaly stále častější útoky americké bombardéry. Na východní frontě tak bylo nasazeno pouze něco kolem 350 letounů. Z nich bylo jen velmi málo kvalitních Bf 109, neboť většina z nich byla stažena právě k obraně Rumunska. O rok později, v létě 1944 se vojska Rudé armády přiblížila k rumunským hranicím, ale i přesto mohli Rumuni nasadit do boje až 500 strojů. Letectvo se tehdy skládalo z 57 perutí a jeho celkový početní stav představovalo 37 000 mužů.

Situace se však stala neudržitelnou a tak následovalo rumunské vystoupení ze svazku Osy a následné vyhlášení války nacistickému Německu, ke kterému došlo 23. srpna 1944. Hned o měsíc později, se rumunské letectvo zapojilo do operací proti ustupujícím Němcům na Balkáně. Tehdy se však projevila velká nevýhoda rumunských leteckých jednotek. Ty totiž byly z velké části vybaveny německými typy letadel, do kterých se začalo nedostávat náhradních dílů a tak již v říjnu, tedy pouhé 2 měsíce poté, co Rumunsko zahájilo válku proti svému bývalému spojenci, poklesla frontová síla na méně než 200 bojeschopných letounů ( konkrétně 174 ). Tento počet představoval ekvivalent pouhých 15 perutí. V lednu 1945, se díky enormnímu úsilí pozemního personálu na letištích a též výrobě nových letounů v rumunských továrnách, zvýšil početní stav na 20 perutí. Nicméně v květnu 1945, po bezpodmínečné kapitulaci Německa, po odlétání 4 500 bojových letů, bylo rumunské letectvo tvořeno pouhými 10 perutěmi.