Когда было задумано создание Авиации Дальнего Действия (АДД), предполагалось, что группировка будет очень мощной. Однако при ее формировании, начатом в марте 1942 г., выяснилось, что выпуск всех типов самолетов для ДВА сократился и дальних бомбардировщиков катастрофически не хватает. Тогда решено было разработать бомбардировочный вариант самолета Ли-2, хорошо знакомого многим летчикам ГВФ (сам командующий АДД А. Е. Голованов также имел опыт полетов на этом самолете). Таким образом предполагалось не только решить проблему нехватки бомбардировщиков, но и значительно сократить трудности, связанные с подготовкой летных экипажей. На заводе № 84, эвакуированном в Ташкент, произвели необходимые работы, и в конце апреля 1942 г. выпустили Ли-2, переоборудованный в ночной бомбардировщик. В период 13–19 апреля 1942 г. командир 102-го ТАП капитан Осипчук, в прошлом летчик НИИ ГВФ, провел его испытания, которые в целом прошли успешно.
16-25 апреля 1942 г. на самолете смонтировали наружные бомбодержатели для 4-х ФАБ-250. 25–30 апреля 1942 г. по правому борту (с наружной стороны) был установлен прицел НКПБ-3. Перед сбросом бомб штурман должен был, откинув защитный козырек, высунуть голову за борт и вести прицеливание. Сбрасыватель бомб ЭСБР-ЗП располагался так, что при бомбометании второй пилот должен был уходить со своего кресла и уступать место штурману. Бомбоотсека, как на «чистых» бомбардировщиках, Ли-2 не имел — лишь небольшой контейнер для мелких бомб.
Летно-технический состав активно участвовал в совершенствовании самолета. В 101 АПДД был разработан вариант штурманской кабины для Ли-2 и отправлен на завод № 84 с целью внедрения ее в серийное производство. Силами ИТС турель МВ-3 под ШКАС заменялась на УТК-1 под УБТ. Для отражения атак истребителей с хвоста на самолете смонтировали держатель авиационных гранат ДАГ-10 (работы велись под руководством заместителя старшего инженера 101 АП по вооружению инженер-капитана Левина).
С получением новых самолетов Ли-2 в апреле 1942 г. начала формироваться 1-я авиадивизия из состава 101 и 102 транспортных авиаполков (вошла в АДД). Для пополнения прибыло 30 экипажей, в основном из ГВФ. Штурманов они не имели. В довоенном ГВФ это была распространенная практика, в военное время затормозившая начало боевых действий соединения. Доукомплектование личного состава дивизии штурманскими кадрами заняло некоторое время. К 22 апреля 1942 г. было подготовлено 2 боевых экипажа (командиры кораблей Владимирцев и Лагутенко), которые приступили к боевым действиям — стали совершать транспортные рейсы к партизанам.
24 июня 1942 г. ночным вылетом по железнодорожной станции г. Цигры, 1-я БАД начала бомбардировки противника. К этому времени тренировки летного состава, уже укомплектованного штурманами, в основном завершились.
С августа 1942 г. число «ночников» Ли-2 в АДД стало увеличиваться. Началось перевооружение на этот тип самолета тяжелобомбардировочных полков 53-й и 62-й авиадивизий Дальнего Действия, оснащенных прежде бомбардировщиками ТБ-3. Первым получил новую матчасть 3-й АП ДД. В короткое время 3-я эскадрилья полка переучилась на Ли-2 и приступила к боевым действиям. Следом самолеты получал 7-й АП ДД. В сентябре 1942 г. Ли-2 поступили также в 14-й и 4-й Гв. АП ДД. Смена матчасти совершенно не отразилась на характере боевых задач, поручавшихся этим авиачастям — они продолжали бомбить войска противника в районе Сталинграда.
Как было отмечено штурманами, имевшими опыт в бомбометании, Ли-2 в бомбардировочном варианте, при ряде преимуществ, имел перед ТБ-3 весьма существенный недостаток. Из-за того, что прицел был расположен по правому борту, осуществлять точный сброс бомб, как на ТБ-3, оказалось невозможно. Если самолет в полете имел снос вправо, то проблем не возникало, если же влево, то штурман через коллиматор цель не видел — ее загораживала носовая часть Ли-2. Поэтому самолеты старались использовать для бомбометания по площадным целям — аэродромам, крупным железнодорожным станциям.
Базирование авиаполков было достаточно удаленным от линии фронта, но все же не гарантировало их от ударов люфтваффе. Смертельной угрозе подверглось однажды руководство 1-й БАД, когда немецкими «охотниками» был атакован Ли-2 с командиром дивизии В. Е. Нестерцевым и членами его штаба. К счастью, все обошлось.
Полки 1-й дивизии располагались ближе всего к району боевых действий — на аэродроме у оз. Эльтон. 53-я и 62-я дивизии базировались на аэродромах Мичуринского аэроузла и гораздо меньше страдали от налетов противника.
Авиаполки ГВФ также выполняли задания в интересах войск, оборонявших Сталинград, а впоследствии обеспечивали успех операции «Кольцо». Самолеты Ли-2 9-го ОАП ГВФ доставляли горючее танкистам, наносившим контрудар по группировке Гота в районе реки Мышкова. Кроме того, в этот же период предполагалось оказать помощь танкистам 24-го ТК, занявшим в ходе глубокого рейда крупную авиабазу немцев в Тацинской.