3 maja Grupa Operacyjna gen. Rydza-Śmigłego została wzmocniona i przemianowana na 3 Armię. Jej działania, mające na celu dotarcie do linii Dniepru i zdobycie Kijowa, miał wspierać z powietrza V dywizjon lotniczy. Piloci wspierali działania armii podczas zdobywania Białej Cerkwi oraz w trakcie pościgu za szybko wycofującym się nieprzyjacielem. Wykonywali także loty rozpoznawcze nad Kijów. 7 maja do Kijowa weszły pierwsze polskie oddziały.
W Kijowie V dywizjon lotniczy (składający się z 3 i 16 eskadry) stacjonował na lotnisku Post Wołyński.
Operując z lotniska w Kijowie samoloty dywizjonu brały udział w rozpoznaniu lotniczym wzdłuż Dniepru, na południe w kierunku na Kaniów i Czerkasy.
24 maja samoloty 3 i 16 eskadry wzięły udział w bombardowaniu Rżyszczewa i ostrzeliwały z kaemów bolszewickie statki na Dnieprze.
28 i 30 maja oraz 1 czerwca samoloty V dywizjonu wykonały kilkanaście nalotów na rosyjską flotyllę rzeczną przygotowującą się do desantu pod Rżyszczewem.
Następnie V dywizjon skierowano do walk na północ od Kijowa.
Łącznie podczas działań na Ukrainie od 1 maja do 6 czerwca załogi V dywizjonu wykonały ponad 100 lotów bojowych i zrzuciły na pozycje sowieckie ponad 3500 kg bomb.