С началом Великой Отечественной войны решением командования из личного состава НИИ ВВС были сформированы три истребительных авиаполка, по два полка пикирующих и тяжелых бомбардировщиков и один полк штурмовиков, а также одна разведывательная эскадрилья и три батальона аэродромного обслуживания. Испытатели отправились на фронт, а в связи с его приближением к Москве советское правительство приняло решение об эвакуации НИИ ВВС с Чкаловского аэродрома в Свердловск (ныне – Екатеринбург). Однако уже с конца 1941 г. из-за необходимости расширения испытательных работ по модифицированным и новым самолетам для фронта бывшие сотрудники НИИ ВВС стали отзываться обратно из строевых частей в институт. Находясь в эвакуации, институт провел около 2200 испытательных работ, в т.ч. 209 испытаний самолетов. Одна из наиболее ярких страниц деятельности НИИ ВВС в эвакуации – испытания первого советского ракетного истребителя БИ, которые провел отозванный с фронта летчик- испытатель Г.Я. Бахчиванджи.
Перелом в ходе войны позволил НИИ ВВС вернуться на свое прежнее место. Приказ об этом вышел 25 января 1943 г. Возвращение на основную базу значительно улучшило условия работы института и увеличило возможности оказания помощи фронту. Летчики НИИ ВВС в Чкаловской продолжили испытания новых самолетов – Як-3, Ла-7 и др. На завершающем этапе Великой Отечественной войны работы НИИ ВВС и выделившихся незадолго до этого из него НИИ авиационного вооружения (НИИ АВ ВВС) и НИИ специальных служб ВВС (НИИ СС ВВС), масштабы и значение их деятельности в области технического оснащения ВВС и разработки способов боевого применения новой авиационной техники стали перерастать ведомственные рамки. Необходимо было обеспечить своевременную и квалифицированную координацию работ в различных отраслях авиационной промышленности, единое руководство работой всех испытательных учреждений. Возникла острая необходимость в создании единого государственного испытательного центра, способного нести всю полноту ответственности за испытание всей авиационной техники. Постановлением Государственного комитета обороны СССР от 1 мая 1944 г. на основе объединения НИИ ВВС, НИИ АВ ВВС и НИИ СС ВВС был создан такой единый центр, получивший наименование Государственный научно- испытательный институт ВВС Красной Армии (ГНИИ ВВС КА). Общая численность личного состава объединенного института составила 2524 военнослужащих (в т.ч. 105 человек летно-штурманского состава) и 1050 служащих. Деятельность НИИ ВВС во время Великой Отечественной войны была высоко оценена советским правительством: 1 июля 1944 г. он был награжден орденом Красного Знамени. Наименование ордена было включено в название института, и за ним на долгие годы закрепилась аббревиатура ГК НИИ ВВС (Государственный Краснознаменный НИИ ВВС).
Первые послевоенные годы – эпоха массового внедрения реактивных двигателей на боевые самолеты. Летчики ГК НИИ ВВС в это время провели испытания первых советских реактивных истребителей и бомбардировщиков Як-15, МиГ-9, Ил-22, Ту-14, а затем ставших массовыми МиГ-15, Ил-28, Ту-16 и многих других. Одновременно активное развитие получает ракетная техника. Для ее испытаний в мае 1946 г. на юге России, в районе населенных пунктов Капустин Яр и Владимировка, создается Государственный центральный полигон Министерства Вооруженных Сил (ГЦП МВС), 2-му управлению которого поручается отработка создаваемой техники авиационного ракетного вооружения. 20 мая 1949 г. это управление выводится из состава ГЦП МВС и включается в штат ГК НИИ ВВС, становясь его 6-м управлением. С июля 1949 г. местом его постоянной дислокации становится ст. Владимировка Астраханской области. Вскоре оно преобразуется в Научно-исследователь ский полигон ВВС, а затем – в 6-й ГНИИ ВВС. Здесь в 50-е гг. прошли испытания все виды авиационного ракетного вооружения классов «воздух-воздух» и «воздух-поверхность», поступившие на вооружение истребителей и перехватчиков МиГ-19, МиГ-21, Су-9, бомбардировщиков-ракетоносцев Ту-16 и Ту-95.
В декабре 1960 г. принимается решение о крупнейшей реорганизации научно-испытательных учреждений ВВС. На базе ГК НИИ ВВС (Чкаловская), 6 ГНИИ ВВС (Владимировка), Воздухоплавательного научно-испытательного центра (Вольск), 8-го Летно-испытательного центра морской авиации (Феодосия) с входящими в их состав управлениями и испытательными станциями создается единый Государственный Краснознаменный научно-испытательный институт ВВС – ГК НИИ ВВС. Его основная база и управление теперь размещаются в г. Ахтубинск близ ст. Владимировка. Здесь же располагаются четыре научно-испытательных управления ГК НИИ ВВС: испытаний комплексов перехвата, фронтовой авиации и самолетов ближней разведки (1-е), дальней авиации, средств поражения и средств дальней самолетной разведки (2-е), крылатых ракет класса «земля-земля» (8-е), трассовых испытаний и измерений (9-е), а также два отдельных исследовательских авиаполка (дальних бомбардировщиков и смешанный).
На бывшей основной базе ГК НИИ ВВС в Чкаловской создается филиал объединенного ГК НИИ ВВС. В его составе три научно-испытательных управления: испытаний военно-транспортных, пассажирских и учебно-тренировочных самолетов, вертолетов и винтокрылов (4-е), радиотехнического и электроспецоборудования самолетов, авиационных ракет и аэродромов (5-е) и авиадвигателей (6-е), а также отдельный смешанный исследовательский авиаполк и три отдела: испытаний средств наземного обслуживания самолетов и их систем; разработки испытательных установок и аппаратуры; испытаний высотного оборудования, средств спасения самолетов и космических аппаратов.
Кроме того, три управления ГК НИИ ВВС размещаются на других базах: 3-е (испытаний авиационных средств противолодочной обороны и воздушной разведки), вместе с отдельным смешанным исследовательским авиаполком специального назначения – в Феодосии в Крыму (аэродром Кировское); 7-е (испытаний средств воздухоплавания) – в Вольске (Саратовская обл.); 10-е (испытаний специального авиационного вооружения) – в Энгельсе (Саратовская обл.). В состав ГК НИИ ВВС входят также несколько
