В феврале 1942 года был назначен командующим авиацией дальнего действия (АДД) Ставки Верховного Главнокомандования. Генерал-лейтенант авиации (5 мая 1942). С этого момента до конца войны руководил советской дальней авиацией, пользовался симпатией и доверием со стороны Сталина. Генерал-полковник авиации (26 марта 1943). С декабря 1944 года — командующий 18-й воздушной армией, в которой была собрана вся дальнебомбардировочная авиация. Лично участвовал в осуществлении дальних бомбардировочных рейдов (например, в бомбардировке Берлина на начальном этапе Великой Отечественной войны). По данным немецкой разведки:
— Голованов, в числе немногих, имеет право на свободный доступ к Сталину, который называет его по имени в знак своего особого доверия.
Необычайно яркий взлет в 1941 — 1945 годах и необычайно долгое и глухое замалчивание после войны — такова судьба автора мемуаров «Дальняя бомбардировочная…» — главного маршала авиации А.Е.Голованова. Причина опалы заключалась в том, что он был одним из приближенных людей И.В.Сталина.