Tinha como missão operar em conjunto com a Marinha do Brasil, em ataques simulados aos meios navais, e em manobras conjuntas com o Exército Brasileiro, realizando missões de Reconhecimento Armado e Controle Aéreo Avançado em missões de Ligação e Observação.
Sediada inicialmente na Base Aérea do Galeão, a 2ª ELO operou inicialmente North-American T-6. Seus pilotos também realizaram treinamento em helicópteros na Base Aérea de Santos para o recebimento dos primeiros Bell H-13J e, 10 meses após, auxiliaram no resgate às vítimas do incêndio no Circo de Niterói. 
Dentre missões realizadas pela esquadrilha nesse período, destacam-se voos de reconhecimento e escolta à comitiva do Presidente Tito, da Iugoslávia, então em visita oficial ao Brasil.
Em 1963, a 2ª ELO deslocou-se para Natal, a fim de efetuar o treinamento e instrução dos Aspirantes da FAB. Em agosto do mesmo ano, a esquadrilha encontrava-se em Foz do Iguaçu, a fim de reprimir o contrabando do café.

Em 1965, a esquadrilha passou a operar também os Pilatus L-3 e os North-American T-28, ambos previamente operados pela Marinha do Brasil e foi transferida para a Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia, pertencente à Marinha, aonde permaneceu por quase 30 anos. Ao longo de sua história, foi a única esquadrilha da Força Aérea Brasileira (FAB) baseada em Organização Militar de outra Força.
Em 1974, os T-6 foram substituídos pelos Neiva T-25 Universa. Nesse mesmo ano, os Neiva L-42 Regente também foram recebidos. 
Sem dúvida, um grande marco para a 2ª ELO e para toda a aviação militar brasileira foi o ano de 1986. A Esquadrilha foi a primeira unidade operacional da FAB a receber os AT-27 Tucano, produzidos pela EMBRAER.

Em 1991, a 2ª ELO participou de missões de combate, repelindo os ataques de guerrilheiros colombianos a unidade do Exército Brasileiro, na fronteira Brasil-Colômbia. Nesse deslocamento, mostrou ser capaz de operar com sucesso em regiões ermas, cooperando com Forças Navais e Terrestres brasileiras. 
Além das surtidas diárias de treinamento, a 2° ELO participou de inúmeras manobras militares, juntamente com unidades do Exército e da Marinha, destacando-se as Operações RIO-92, COMBINEX, OPERAER, CAÇÃO, DRAGÃO, ARATACA, RIBEIREX, DGBEX, UNITAS e NINFA.

Em 19 de julho de 1995, a Esquadrilha estabeleceu-se na Base Aérea de Santa Cruz. Em 2001 passou a ser uma unidade da Aviação de Caça da FAB e também teve um papel importante no desenvolvimento da doutrina dos Tucanos para ataque ao solo, apoio aéreo aproximado e contra-insurgência.
Mesmo com mudanças de sede, troca de equipamentos e acréscimos de outras missões, a Esquadrilha adaptou-se rapidamente, demonstrando alto grau de profissionalismo e prontidão
No dia 30 de janeiro de 2004, após 47 anos de existência, 2° ELO foi extinta, em cerimônia na BASC.