Во второй половине августа французский полк приступил к боевым вылетам и принял участие в Смоленской операции. К концу октября на счету «Нормандии» было уже 72 (по французским данным — 77) сбитых самолетов противника при 20 потерянных летчиках. На тот момент из первой группы, прибывшей в СССР в ноябре 1942 года, уцелело всего пятеро.
В конце октября 1943 года французская военная миссия обратилась к советскому командованию с просьбой об отводе полка на зимние квартиры или, в крайнем случае, на другой участок фронта, куда-нибудь на юг, — пилотов «Нормандии» пугала приближавшаяся русская зима.
6 ноября, выполняя пожелания французов, полк был передислоцирован в Тулу и подчинен командующему ВВС Московского военного округа.
В декабре в часть прибыло очередное пополнение, в том числе несколько очень опытных летчиков. На вооружение полка поступили новые истребители Як-9Т, вооруженные 37-мм пушкой НС-37.
Во второй половине марта 1944 года в полк прибыла еще одна группа летчиков под командованием капитана Дельфино. Она должна была составить основу будущего второго истребительного авиаполка «Париж». Забегая вперед, отметим, что из-за отсутствия достаточного числа пилотов этим планам не суждено было сбыться.
Таким образом, по состоянию на 19 мая 1944 года полк насчитывал в четырех эскадрильях («Руан», «Гавр», «Шербур» и «Кан») 55 истребителей Як-9, 61 летчика-француза и 249 советских авиационных специалистов. 25 мая «Нормандия» перебазировалась на аэродром Дубровка в районе Смоленска и вновь вошла в оперативное подчинение командира 303-й ИАД генерала Захарова.
Возвращение полка на фронт оказалось омрачено гибелью командира 3-й эскадрильи капитана Лефевра, имевшего к этому моменту 10 побед. Из-за негерметичности бензопровода в кабине его истребителя уже на земле возник пожар, летчик получил тяжелые ожоги, от которых скончался. А 6 июня произошла еще одна трагедия: новичок младший лейтенант Морис Шалль (это был его первый боевой вылет) по ошибке сбил одного из лучших пилотов 18-го гвардейского авиаполка, старшего лейтенанта В.И. Архипова.
Летом 1944 года воздушные бои над Белоруссией стали ожесточенными. Французским летчикам довелось участвовать в одной из крупнейших наступательных операций Красной Армии, получившей название «Багратион».
Все лето и осень полк «Нормандия» участвовал в активных боевых действиях, надежно прикрывая войска 3-го Белорусского фронта от ударов с воздуха. В сентябре — октябре он постепенно перевооружился на самолеты Як-3.
27 октября был опубликован Указ Президиума Верховного Совета СССР о награждении орденами 25 наиболее отличившихся офицеров полка, в том числе и его командира подполковника Пуйяда. На следующий день он сдал командование майору Дельфино и уехал в Москву, а оттуда вернулся во Францию. В ноябре произошло еще несколько важных событий в жизни «Нормандии». В частности, 28 ноября полку в соответствии с существовавшей в советских вооруженных силах традицией было присвоено второе собственное наименование — «Неманский». Причем в печати и во французских документах того времени получило широкое распространение сокращение «Нормандия — Неман». В тот же день два французских пилота — Марсель Альбер и Ролан де ля Пуап — стали Героями Советского Союза.
В соответствии с ранее заключенным соглашением после года пребывания на советско-германском фронте французские пилоты получали право на длительный отпуск. Четырнадцать ветеранов полка воспользовались этим правом и уехали. После этого в «Нормандии — Неман» вместо четырех эскадрилий сформировали три, но полной штатной численности.
С 18 декабря полк вновь приступил к боевым действиям. Всего за восемь месяцев активных боев в 1944 году французские летчики совершили 2384 боевых вылета, провели 79 воздушных боев, в которых сбили 126 (по уточненным французским данным, 124) вражеских машин. Собственные потери за этот период составили 15 летчиков и 20 самолетов.
Всего по состоянию на 13 января 1945 года в полку имелось 42 Як-3 (6 неисправных) и 3 Як-9 (1 неисправный). В январе же французские летчики в составе 1-й воздушной армии были привлечены для поддержки наступления 3-го Белорусского фронта.
За период с 12 января по 2 мая 1945 года пилоты «Нормандии» совершили 1300 боевых вылетов. Общий счет полка вырос на 67 (французы считают — на 72) сбитых вражеских машин, а собственные потери увеличились на 10 летчиков. 30 марта 1945 года командующий 1-й ВА генерал-полковник авиации Хрюкин в присутствии генералов Пети и Левандовича вручил майору Дельфино орден Красного Знамени, которым полк был награжден за зимние бои. Таким образом, окончательное наименование французской авиачасти в советских официальных документах стало звучать так 1-й отдельный истребительный авиационный Краснознаменный Неманский полк «Нормандия».