Лидия (Лиля) Литвяк родилась в Москве 18 августа 1921 года. С 14 лет занималась в аэроклубе. В 15 лет она уже совершила свой первый самостоятельный полет. После окончания Херсонской авиационной школы лётчиков-инструкторов работала в Калининском аэроклубе. Подготовила 45 лётчиков.
В 1942 году была зачислена в 586 ИАП, «женский авиаполк», приписав недостающие 100 часов налёта. Освоила истребитель Як-1. Первый боевой вылет совершила в небе над Саратовом.
В августе 1942 года в группе сбила немецкий бомбардировщик Ju-88. В сентябре была переведена в 437-й истребительный авиационный полк (287-я истребительная авиационная дивизия, 8-я воздушная армия, Юго-Восточный фронт).
13 сентября во втором боевом вылете над Сталинградом сбила бомбардировщик Ju-88 и истребитель Bf.109. Лётчиком Bf.109 оказался немецкий барон, одержавший 30 воздушных побед, кавалер Рыцарского креста. 27 сентября в воздушном бою с дистанции 30 метров поразила Ju-88. Затем в паре с Раисой Беляевой сбила Bf.109.
В это время на капоте самолёта Лидии по её просьбе была нарисована белая лилия, и Литвяк получила прозвище «Белая лилия Сталинграда», и «Лилия» стала её радиопозывным.
Вскоре её перевели в 9-й гвардейский истребительный авиационный полк — своеобразную сборную лучших летчиков, созданную для завоевания превосходства в воздухе. Во время службы в полку в конце декабря 1942 года Литвяк уничтожила неподалёку от своего аэродрома бомбардировщик Do-217. В конце 1942 года она была переведена в 296-й ИАП.
11 февраля 1943 года в воздушном бою сбила 2 самолёта противника — лично Ju-88 и в группе Fw.190. Вскоре в одном из боёв самолёт Литвяк был подбит, и она вынуждена была приземлиться на территории, занятой противником.
Когда немецкие солдаты попытались взять её в плен, один из лётчиков-штурмовиков пришёл к ней на помощь: огнём из пулемётов заставил немцев залечь, а сам приземлился и взял Литвяк на борт.