Общее количество военнослужащих в Институте по состоянию на 1 декабря 1932 г. составляло 1210 человек, из них 112 человек летно-штурманского и 350 человек инженерно-технического состава. Кроме того, в Институте работало 763 человека вольнонаемных, из них 138 человек инженерно-технического состава и 374 рабочих. Штатный самолетный парк НИИ ВВС состоял из 67 самолетов типа ТБ-1, ТБ-3, ТБ-4, Р-5, Р-6, И-5, У-2; в том числе бомбардировщиков и разведчиков — 31, одноместных истребителей - 5, двухместных - 6 и многоместных — 5.
Всего за 1929-1932 годы в НИИ ВВС проведены испытания 193 самолетов, в том числе ТБ-1, ТБ-2, ТБ-3, ТБ-5, МРБ-2, МРБ-4, МР-1, МР-5, МУ-3, РОМ-2, Р-5, Р-6, Р-7, И-3, И-5, И-7, И-8, А-1, К-5, ХАИ-1, Сталь-2, П-2, Сталь-3, ТШ-1, МДР-2 (АНТ-8); 61 мотор, включая М-11, М-12, М-13, М-15, М-17, М-19, М-22, М-23, М-26, М-34, М-51, АССО-750, Л-5, Си-менс-12, Сименс-20, Сименс-21, БМВ-9, Хорнет БМВ, Кертис, Кертис-Конкверор, Райт-Уайруинд, Ju VI, Ju II, Гном-Рон; 623 объекта спецоборудования; 177 объектов вооружения; выполнено 244 научно-исследовательские работы; издано 260 печатных трудов; обучено и переучено на новую технику 435 летчиков из строевых частей ВВС. Институт стали привлекать к разработке тактико-технических требований к перспективным образцам авиационной техники, оборудования и вооружения.
Летные испытания в НИИ ВВС в этот период проходили также самолеты морской авиации. Ввиду отсутствия специальной базы испытания проводились на необорудованных водоемах вблизи Москвы (Медвежьи озера, в частности) или в строевых частях авиации ВМФ. В связи с расширением морской тематики приказом по УВВС от 4 марта 1932 г. в Институте была сформирована морская испытательная станция (МИС) с базированием в Севастополе.
Одной из самых необычных систем в истории авиации стала «этажерка Вахмистрова». С целью увеличения радиуса действия одномоторных истребителей инженер НИИ ВВС B.C. Вахмистров предложил «самолет-звено» - ТБ-1 в качестве носителя двух истребителей И-4, закрепленных на крыле жесткой сцепкой. Первый полет Звено-1 выполнило 3 декабря 1931 года (экипаж: командир А.И. Залевский, второй пилот Вахмистров, истребители пилотировали Валерий Чкалов и Александр Анисимов). Об истории «звеньев» Вахмистрова известно достаточно хорошо, но не лишнем будет напомнить, что варианты «Звена» (ТБ-3 плюс пара И-16) использовалось в Великую Отечественную войну.
"Самолет-звено" ТБ-1 с истребителем И-4
В 1929 г. штурманский отдел и радиоотдел организовали работы по слепым посадкам самолетов. Радиоаппаратура для обеспечения посадки была создана инженером НИИ ВВС Н.А. Корбанским. Первые посадки под колпаком без видимости земли выполнил в 1930 г. на У-2 летчик В.М.Жарковский; в 1932 г. аналогичные посадки выполнялись на самолетах Р-5 и Р-6.
Штурмана НАО в то время, вероятно, были самыми опытными не только в ВВС, но и вообще в СССР. Б.В. Стерлиговым, С.А. Данилиным, Г.С. Френкелем, Г.В. Корнеевым и И.Т. Спирин в 1929 г. теоретически и практически стали отрабатываться новые методы навигации, правда, пока еще в дополнение основному - пресловутому «сличению карты с местностью». В сентябре 1930 г. И.Т. Спирин в качестве штурмана звена принял участие в «большом восточном перелете» трех Р-5 через Черное море, пустыни Средней Азии, Кавказ, Гиссарский хребет, Гиндукуш. 10 500 км звено Р-5 преодолело за 61 ч 30 мин. Отчасти этот перелет, как сказали бы сейчас, представлял собой «технический рейс» — готовилось открытие линий Аэрофлота в Турцию и Афганистан. Постановлением ЦИК СССР всех участников перелета наградили орденами Красной Звезды, И.Т. Спирин получил орден за номером 6.
И.Т. Спирин в качестве ведущего штурмана занимался испытаниями первого отечественного радиополукомпоса, первого авиагоризонта. Г.С. Френкель работал в области «инструментальной навигации» — полетов вне видимости земли. В сентябре 1930 г. штурман НИИ ВВС И.Т. Спирин принял участие в перелете на самолете Р-5 по маршруту Москва - Анкарая - Тегеран. В сентябре-октябре 1932 г. состоялся перелет Москва - Харьков - Москва на трех самолетах Р-6, одном Р-5 и одном И-4; перелетом руководил Т.П. Сузи. В ходе перелета отрабатывались высотные групповые полеты (перелет проходил на высотах порядка 5300 м) и способы навигации вне видимости земной поверхности. Перелеты Чкалова и Громова в США через Северный полюс вряд ли бы состоялись без астрономического средства навигации - солнечного указателя курса (СУК), разработанного в аэронавигационном отделе штурманом Н.И. Шауровым; навигация в районе Полюса велась только с помощью астрономических и радиотехнических приборов. Первые штурманские линейки («деревянные ЭВМ») были разработаны Б.В. Стерлиговым и И.Т. Спириным в 1926 г. Современная штурманская линейка НЛ-10 (несмотря на наличие в составе сегодняшних авиационных комплексов разного рода ПрНК и БЦВМ, большинство штурманов отлично знают, что такое навигационная линейка) тоже разработана в ГК НИИ ВВС штурманом-испытателем В.А. Кормашовым.
В 20-е годы С.А. Данилиным, Б.В. Стерлиговым И.Т. Спириным и преподавателем Академии им. Жуковского А.В. Беляковым было написано первое в СССР Наставление по аэронавигационной службе, в котором впервые вместо слова «летнаб» использовалось слово «штурман».
В докладе РВС о состоянии Воздушного Флота в 1926 - 1927 гг. отмечалось, что опытные работы в области авиации отстают от планов развития ВВС. 30 января 1928 г. по указанию ЦК ВКП(б) РВС СССР принял постановление о разработке пятилетнего плана опытного строительства авиатехники с учетом ее прогресса и развития ВВС. План был принят 22 июня 1928 г. и являлся частью пятилетнего плана развития народного хозяйства. Планом предусматривалось строительство нового аэродрома НИИ ВВС. Для нового места базирования НИИ ВВС выбрали место, расположенное примерно в 40 км от Москвы по Ярославской железной дороге в районе Щелково. В 1929 г. здесь началась расчистка леса под аэродром.