Dès janvier 1942, le général De Gaulle avait proposé l'envoi d'un groupe de chasse en Union Soviétique, mais les négociations politiques entre Londres et Moscou retardèrent la signature de l'accord jusqu'en septembre.
Les premiers pilotes (14) de l'escadrille Normandie finirent par arriver en URSS début novembre 1942, sous les ordres du Commandant Pouliquen. Ces pilotes chevronnés se nommaient Albert, Béguin, Durand, Lefèvre, Littolff, de la Poype, Préziosi, Risso, Tulasne parmi d'autres...
L'escadrille s'entraîne et vole sur Yak-9. Les opérations commencent en 1943, au mois d'avril, la plus mauvaise période de l'année en Russie. Les pilotes français s'attirent vite l'estime des Soviétiques, mais les pertes sont lourdes, et les pilotes arrivant d'Afrique du Nord sont les bienvenus. Quand l'escadrille est retirée des opérations le 15 octobre, elle a perdu 20 pilotes. Des premiers arrivés, il ne reste que cinq survivants, Albert, Béguin, Lefèvre, de la Poype et Risso.
Normandie est alors réorganisée en régiment à trois escadrilles. À partir de juillet 1943, les Yak-9 sont échangés contre des Yak-3. Envergure plus petite, fuselage affiné, un peu plus de munitions, recouvert d'une cire permanente qui le rend à la fois plus rapide et plus difficile à poser, le Yak-3 apportera 99 des 273 victoires totales du groupe.
Le 25 mai 1944, dotée de 61 pilotes, Normandie reprend les opérations. Cette campagne sera moins meurtrière que la précédente, malgré la perte de 12 pilotes, dont Lefèvre. Le mois d'octobre est favorable au régiment, qui ne rencontre que des Ju-87 Stuka et des FW-190 JaBo (Jagd-Bomber, chasseur bombardier). Ces appareils sont aux mains de jeunes pilotes qui ne peuvent que tenter de se cacher près du sol ou bien de vétérans connaissant bien le Yak et sachant les esquiver pour éviter le combat tournoyant.
C'est au tour de l'aviation allemande d'être surclassée.
Au printemps 1945, l'offensive menée en Prusse Orientale, sous une météo très mauvaise, est très dure et malgré les victoires, 9 pilotes disparaissent au combat.
Le 8 mai 1945, Normandie est en tête des groupes français avec 273 victoires (dont 99 sur Yak-3) pour 42 pilotes perdus.
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