Po ukończeniu szkoły została pilotem wojskowym w garnizonie w Charkowie, gdzie doskonaliła swoje umiejętności lotnicze i została dowódcą klucza. Następnie służyła jako pilot myśliwski w garnizonach w Żytomierzu i Kijowie.
W 1935 r. została przeniesiona do Moskiewskiego Okręgu Wojskowego, a następnie została inspektorką w Inspekcji Sił Powietrznych przy sztabie Armii Czerwonej. W tym czasie wyszła też za mąż po raz drugi za Aleksandra Osipienkę. Służąc w inspekcji zaczęła brać udział w specjalnych lotach mających na celu ustanawianie rekordów lotniczych. W dniu 22 maja 1937 r. lecąc wodnosamolotem MP-1 ustanowiła światowy rekord wysokości osiągając pułap 9200 m, a dwa dni później tym samym samolotem ustanowiła rekord wysokości 7009 m z obciążeniem 1 tony ładunku. W 1938 r. tym samym samolotem z drugim pilotem Werą Łomako i nawigatorką Mariną Raskową ustanowiła kolejny kobiecy rekord świata, lot na trasie łamanej Sewastopol – Archangielsk bez wodowania (2371,99 km) i po prostej (2241,501 km).
W dniach 24–25 września 1938 r.