Atak III Rzeszy na ZSRR zmienił charakter działalności CAGI, została ona całkowicie podporządkowana potrzebom wojska. Prowadzono badania z zakresu poprawy właściwości lotnych i bojowych radzieckich samolotów. Prace badawcze kontynuowano w ograniczonym zakresie, co zaowocowało w pierwszych latach po wojnie opracowaniem radzieckich samolotów o napędzie odrzutowym. W kolejnych latach działania CAGI były ściśle związane z potrzebami biur konstrukcyjnych pracującymi na rzecz radzieckiego lotnictwa wojskowego. Poza myśliwcami odrzutowymi prowadzono prace w zakresie opracowywania i badania konstrukcji bombowców strategicznych (Tu-16 czy Tu-160) oraz broni rakietowej. Radzieckie badania związane z podbojem kosmosu również były prowadzone w CAGI. W tym celu zbudowano na jego terenie tunele aerodynamiczne symulujące warunki lotu z prędkościami rzędu 20 Macha, gdzie badano odporność materiałów na nagrzewanie, zachowanie się obiektów przy prędkościach hipersonicznych oraz przy wchodzeniu w atmosferę ziemską.
W kolejnych latach w CAGI podjęto badania poświęcone samolotom o zmiennej geometrii skrzydeł. Po serii prac badawczych rozwiązano problemy związane ze sterownością i stabilnością tych konstrukcji, ich wytrzymałością oraz udowodniono zalety tego układu. Zaowocowało to powstaniem takich maszyn jak MiG-23, Su-24 czy Tu-160.