10 июня 1938 г. из состава лётных частей 47-й авиадесантной бригады особого назначения был сформирован 3-й тяжело-бомбардировочный авиационный полк. В марте 1942 г. полк вошел в состав Авиации Дальнего действия. В ходе Великой Отечественной войны полк наряду с выполнением боевых заданий с целью пополнения лётных кадров готовил командиров кораблей, лётчиков, штурманов, летающих ночью, воздушных стрелков, борттехников. Тем самым постоянно поддерживая 85-90% штатного состава в боевой готовности.

13 марта 1943 г. командиром 3-го авиационного полка был назначен Шамраев Григорий Алексеевич.

В течение первых 15 дней июля полк производил боевую работу по уничтожению скопления железнодорожных эшелонов на железнодорожном узле Унеча, скопления войск и техники противника в пунктах: Томаровка, Бутово, Лучки, Быковка, Козьмодемьяновка, Покровка, Лески, Белгород, и на высоте 254,9.

На рассвете 3 августа мощной артиллерийской и авиационной подготовкой начался новый важный этап борьбы под Курском — Белгородско-Харьковская наступательная операция войск Воронежского и Степного фронтов. Артиллерийская подготовка началась в 5 часов утра по переднему краю обороны противника. Одновременно с артиллерией большие группы самолётов наносили сосредоточенные удары по артиллерийским позициям, штабам и резервам противника. Проведённая с большим искусством артиллерийская и авиационная подготовка дала блестящие результаты. Немецкая артиллерия была подавлена, враг понёс большие потери в живой силе, его воля к сопротивлению была подорвана, а силы обороны в значительной мере парализованы. 

За мужество и храбрость, проявленные личным составом части с начала Великой Отечественной войны, особенно при обороне Москвы и Сталинграда, полк получил наименование «Гвардейский».

За освобождение г. Белгород приказом НКО № 037 от 27 мая 1944 г. 23-му гвардейскому бомбардировочному авиационному полку Авиации Дальнего действия было присвоено почетное наименование «Белгородский».

Всего за время войны полк сбросил на врага 6000 т бомб, уничтожив 110 самолётов противника, 55 эшелонов с живой силой и боевой техникой, разбомблено 4 моста, 19 зенитных батарей, подавлено 16 прожекторов, взорвано 116 складов, создано 3527 очагов пожаров. В воздушных боях сбито 7 истребителей противника. Перевезено 442 тонны военных грузов, выброшено 1526 парашютистов, 33,5 млн. листовок. Десантировано в тыл врага 863 разведчика-диверсанта. Всего выполнено 9000 боевых вылетов.