Уже вскоре Супрун был на аэродроме и к утру — в Москве. Из дома он начал звонить в Кремль, чтобы записаться на прием к Сталину. Попал он к нему только поздно вечером, а днем занимался испытаниями нового истребителя ЯК-1М. В испытательном листе написал: «ЯК лучше «мессера». А чуть ниже: «ЯК нужен фронту».
Тем же вечером в кабинете Сталина Супрун предложил создать 4−6 полков из военных летчиков-испытателей. В первые сутки войны советская авиация на земле и в воздухе потеряла 1200 самолетов. Эту гигантскую брешь надо было чем-то закрывать, поэтому на основании предложения Супруна 27 июня 1941 года было принято решение о формировании 6 авиационных полков особого назначения, на что было отведено три дня. За это время полки удалось укомплектовать только наполовину, но полк Супруна даже в таком составе вылетел на фронт.
1 июля в момент посадки истребителей на фронтовом аэродроме они были замечены фашистским самолетом-разведчиком. Супрун тут же поднялся в воздух, его скоростной МиГ-3 легко догнал «юнкерс». Немец попытался уйти с набором высоты, но Супрун несколькими очередями расстрелял его. Приземлившись, Супрун приказал быстро заправить свой самолет и горючим, и боеприпасами, сказав:
— Первого разведчика немцы уже не дождутся, надо перехватить второго.
И действительно, вскоре прямо над аэродромом появился второй «юнкерс». Супрун к этому времени уже был высоко в небе, он спикировал прямо на изумленного фашиста и сбил его на глазах всех летчиков своего полка.
Тут же поступил приказ разбомбить переправу через реку Березину, к которой подошла большая колонна немецких танков. Бомбардировщиков не хватало, Супрун принял решение бомбить переправу с истребителей. Это было смелое новаторское решение, бомбы подвешивались под крылья и сваливались с самолетов, когда они входили в «пике». Супрун лично продемонстрировал остальным пилотам, как это надо делать. Переправа была уничтожена, но один наш самолет был сбит зенитной артиллерией противника и взорвался в воздухе.
Еще несколько раз в тот день пришлось эскадрильям полка подниматься в небо, где удалось сбить 4 фашистских «мессершмитта», причем один спустил с небес лично командир полка.
На следующий день самолеты полка, ведомые своим командиром, несколько раз вылетали сопровождать бомбардировщики, которые уничтожали скопления гитлеровских войск. Именно тогда Супруну пришлось выдержать в одиночку бои вначале с шестеркой, а затем четверкой немецких истребителей и с честью выйти из них, правда, ни одного немца сбить ему тогда не удалось.
3 июля полку удалось разбомбить две фашистских переправы, взорвать железнодорожный мост, а также совершить большой налет на аэродром противника, где они сожгли 17 самолетов и склады с горючим и боеприпасами.
Наступило утро рокового дня 4 июля 1941 года. Вначале все было хорошо, Супрун слетал на разведку, после чего дважды водил полк прикрывать бомбардировщики. Перед четвертым вылетом подошел к инженерам эскадрилий и посетовал:
— Ребята, я сегодня себя не узнаю. Вот вылетаю в четвертый раз, а пока не сбил ни одного самолета противника.
Но и в этот, и в следующий вылет итог был таким же. И вот шестой боевой вылет в день…
В паре со старшим лейтенантом Остаповым он ушел на разведку. Ведомый заметил вражеский дальний бомбардировщик и бросился в атаку, но был сбит сам. Через двое суток он пешком вернулся в полк. Оставшись один, подполковник Супрун решил лететь дальше и тут, увидев в разрыве облаков второй «Фокке-Вульф-200», он бросился в атаку. В этот момент из-за облаков вынырнуло 6 вражеских истребителей прикрытия. Супруну пришлось принять неравный бой. Во время выхода из атаки пуля попала нашему летчику в грудь, но он продолжал бой, сбил одного немца, но его машину тоже подожгли. Супруну удалось посадить горящий самолет на опушке леса, но в этот момент фашист, который сопровождал МиГ, выпустил еще одну очередь в спину пилота.
Фашистская пропаганда работала быстро и четко. Она тут же передала, что один из лучших наших асов добровольно сдался в плен. Обеспокоенный Сталин приказал срочно проверить эту информацию. Через несколько дней до штаба дивизии, дислоцированной восточнее места боя, добрался крестьянин, который принес значок депутата Верховного Совета, обгоревшую медаль «Золотая Звезда» № 461, остатки документов и пистолет ТТ. Все это было снято с почти полностью сгоревшего тела летчика, сидевшего в кабине взорвавшегося самолета. Еще 5 июля жители деревни Монастыри захоронили Супруна в лесу, поскольку утром в деревню вошли немцы.
22 июля 1941 года подполковнику Супруну Степану Петровичу первому в Великой Отечественной войне было присвоено звание Дважды Героя Советского Союза (посмертно). Место и подробности гибели Степана Супруна остались неизвестными. Местные жители, хоронившие героя, погибли во время войны.
После гибели Супруна полк возглавил Константин Коккинаки, под руководством которого к концу месяца было сбито уже 54 самолета противника.
В 1960 году Федор Супрун при поддержке Маршала авиации Покрышкина всерьез начал искать могилу брата. Из архивных данных было известно только, что погиб он в районе города Толочин Витебской области (Беларусь). В результате длительных поисков была найдена могила, где накрытый обшивкой МиГ’а лежал скелет человека со следами сильных ожогов. Рядом лежала бронеспинка кресла пилота, испещренная пулеметными вмятинами. Сейчас она хранится в музее города Сумы.
Останки