团，苏空军第８集团军每天出动飞机达６００架次，在战场上空与德军飞机展开了激烈的空战。对敌机场实施突击也是消灭敌航空兵的有效办法。仅８月９日一天，８架伊尔－２飞机对德军停有９０架飞机的奥勃里夫斯卡亚机场实施的突击就击毁敌机达４０架。
由于斯大林格勒方面军战线太长，不便指挥，苏军统帅部于８月５日将其部队改编为斯大林格勒方面军与东南方面军。空军第８集团军编入东南方面军，为斯大林格勒方面军组建了空军第１６集团军。
在那连续作战的艰难日子里，苏军歼击机飞行员对胜利表现出了坚定的信念。８月６日，歼击航空兵第１８３团中队长巴拉诺夫上尉率４架雅克－１飞机在顿河渡口上空巡逻，同敌人的２５架歼击机遭遇，巴拉诺夫立即指挥展开勇猛攻击。第一次攻击就准确地击落敌机１架，接着又对跟进的敌轰炸机发起攻击，击伤其中１架，并迫使其降落在苏军驻地。这时，德军战斗机正在攻击苏军强击机，巴拉诺夫闻讯立即赶来支援，在击落敌１架Ｍ－１０９飞机后，他的弹药消耗殆尽，但他并没有撤出战斗，而是驾机向敌机冲去，以机翼撞击敌机尾翼，自己跳伞离机。就这样，这位英勇的飞行员在几分钟内就击落敌机４架。
８月２３日，德军利用优势兵力，以巨大伤亡为代价突破苏军防线，前出至拉托什卡·雷诺克地区内的伏尔加河。德军约４００架飞机当日下午对斯大林格勒实施了猛烈的密集突击。虽然苏军高射炮火猛烈射击德机第１梯队，但是德机并没有改变航向，空中强烈的响声越来越接近市区。当第１梯队德机投下爆破弹和燃烧弹后，市内开始出现大火。夜幕降临前，德航空兵对斯大林格勒出动了近２０００架次，上百座建筑物被破坏，无数手无寸铁的妇女、儿童、在医院治疗的负伤军人被炸死。这是对有成千上万和平居民的城市的野蛮破坏。苏军歼击机抗击了空袭，在城市上空进行了２５次空战，击落了９０架法西斯飞机。
在激烈的交战过程中，苏联飞行员时常采用德国飞行员所不敢采用的空战方法——快速迎头攻击或撞击。在空战紧要关头，如用品他方法不能击落敌机时，苏军即采用空中撞击。１９４２年９月８日，歼击航空兵第５２０团的１个歼击机编队在掩护地面部队时与１０架德国轰炸机遭遇。首次出战的年轻飞行员戈莫尔科上士，大胆地闯入德机队形，一举击落１架轰炸机。后来他在攻击中弹药耗尽，自身负伤，便毅然决定进行空中撞击。他用自己飞机的螺旋桨砍断敌另１架轰炸机的尾翼，尔后跳伞离开了失去操纵的飞机。他在伞降过程中就做好了同跳伞的德国飞行员进行战斗的准备。落地后，他当场击毙１个企图抵抗的德国飞行员，俘虏了其余两个。
苏军另一名年轻飞行员拉夫里年科夫准尉有一天在伏尔加河上空巡逻时，发现两个敌轰炸机群，他毅然决定单机攻击它们。攻击前，一名显然是兄弟团掉队的飞行员在向他靠拢。〃我们攻击！〃拉夫里年科夫用无线电喊了一声。那名素不相识的飞行员用一阵炮火射中了１架敌机，而拉夫里年科夫则以机枪的一次短连射击落了敌带队的轰炸机。两架法西斯飞机即刻着火。在第２次攻击时，拉夫里年科夫又击中了敌１架轰炸机。就在这时，４架德国战斗机向他们飞来，拉夫里年科夫和那个他始终不知姓名的拉－５飞机飞行员，奋不顾身地投入了迎头攻击。德国飞行员被这勇敢的动作吓破了胆，不敢应战，转身逃跑了。
歼击航空兵第２９１团政委比诺夫在一次空战中击落敌战斗机１架，接着又以自己飞机的机翼撞下第２架战机，尔后自己安全降落。该团中尉皮亚托夫在一次空战中曾两次撞击１架敌机，敌机在受到第２次撞击后，凌空爆炸，而皮亚托夫却安全返场降落。苏联飞行员在战斗中都表现出了高超的飞行技能和战斗素养。
对〃老鼠战〃的空中援助
到９月中旬，德军已进抵斯大林格勒城的外围防线，在第６２和第６４集团军的接合部突破了防御，占领了许多重要高地并前出到距市中心３…４公里的地方。苏军统帅部给斯大林格勒方面军和东南方面军下达了下述任务：坚守城市防线，从南北两面实施反突击以削弱敌人，守住顿河右岸的登陆场并积蓄力量准备随后转入反攻。
市区防守部队是６２集团军，由崔可夫中将任司令员，兵力约４万多人。德军攻城兵力共１３个师约１７万人，是苏军的４倍。德军占领了有利的出发阵地，调集了预备队之后，９月１３日便开始攻城。从９月中旬到１１月中旬，苏军和德军就在这被炸成的瓦砾堆里进行激烈的逐屋争夺的巷战。每个街区、每幢楼房、甚至每一层楼都经过反复争夺，许多阵地失而复得。德国人把这场在瓦砾堆里进行的战争称之为〃老鼠的战争〃。
这时苏军航空兵面临的任务是：协助实施反突击的部队和从空中直接支援在斯大林格勒市内为夺取每一街区、每条街道和每座房子而进行战斗的第６２集团军的部队。
苏军轰炸机和强击机的突击依次从城市的一个地区转到另一个地区。９月２３日，空军第８和第１６集团军的航空兵和远程航空兵突击了市中心的德军。９月２４日则转到市区南部向法西斯军队积极突击。航空兵指挥员从步兵师、团长指挥所里利用信号弹、烟幕弹和曳光弹将飞机，特别是强击机引向点状目标。航空兵攻击的主要目标是被敌人占领的一些楼房、敌炮兵、迫击炮、坦克、集结的部队和技术装备。
从９月２７日到１１月１８日这一时期城内的作战重心转到了争夺住宅和工厂区。苏军地面部队在航空兵的支援下不仅击退了敌人的多次冲击，而且自己也不断地转入反冲击。航空兵为支援陆军夜以继日地进行战斗活动，对德军机场、铁路目标、预备队实施突击。
９月２８日，斯大林格勒方面军改称为顿河方面军，东南方面军改为斯大林格勒方面军。苏军空军司令员诺维科夫将军亲临战区，及时地采取了更有效地使用航空兵的措施。他要求把航空兵的力量集中在决定性方向上，严格遵守对战斗行动的集中指挥，保留部分兵力作为预备队，周密地组织空中侦察以加强对敌突击。
德军占领拖拉机厂以后，将其主要兵力集中用于攻打苏军第６２集团军。苏军夜间轰炸航空兵第２７２师便给每个团都规定了在拖拉机厂厂区内活动的具体目标、进入目标的方向和突击的时间。飞行员们积极出战，共出动飞机３７５架次。敌人每隔３…５分钟就遭到一次攻击。为了保障行动顺利，苏军还派出了有经验的机组去压制目标区的敌防空兵器。轰炸机的突击不仅使敌人遭受重大损失，而且整日整夜搅得敌人不得安宁。１０月，苏军的波－２飞机进行了高度紧张的战斗活动，每个机组每夜完成７…１０次战斗出动，每架飞机向敌人投下１８０…３５０公斤炸弹。第２７２师有效地帮助了第６２集团军的防御战斗。
诺维科夫要求空军集团军的每个歼击航空兵师都要建立歼击游猎机编队，编队要演练歼击游猎机的战术。歼击游猎机飞行员不仅是勇敢的飞行员，并且是沉着、谨慎且对自己、自己的飞机和武器充满信心的人。〃猎手〃歼击机的战术也不断地得到改进。他们在战场上更加活跃，经常到敌方去搜索和消灭单个敌机、行驶中的军运列车、司令部的汽车、无线电台和火炮等。
苏军航空兵高度重视夜间对斯大林格勒德军的袭击，强击和歼击航空兵每个团训练了５个空勤组，供在夜间和复杂条件下作战。在城市防御战阶段，波－２飞机夜间出动了４０６架次。它们攻击了市区的单个支撑点、集结的敌军和技术兵器。第２７２师的飞行员们仅在两个夜晚就破坏了９处铁路路基，炸毁两辆机车和８节车厢，造成车站上１５处起火，火车运行中断８…１２小时。
为了把德军航空兵从前进机场赶走，使其难于到战场上活动，以使苏军空军第８集团军的兵力和远程航空兵夺取制空权，同时也为即将举行的反攻做准备，遵照最高统帅部的指示，苏军航空兵于１０月２７日至２９日对敌１３个机场采取了行动，出动飞机５０２架次，消灭德国飞机数十架，破坏了许多机场的跑道，迫使敌机不得不被转移到后方机场。１０月，苏联空军在斯大林格勒地区进行了２６０多次编队空战，空战中击落德机近２００架，同其消灭机场上的飞机达８０多架。
为了有效地引导空中的飞机作战，苏军沿战线设置了无线电引导站，这些引导站距前沿２…３公里，站与站之间距离８…１０公里。苏军还选调了２５名预备队歼击航空兵的团长和旅长担任航空引导员，这批经验丰富的航空人员用无线电向飞行员通报空中情况，引导他们飞向目标，帮助他们拦截和消灭敌机。这些引导站在空战中给了苏军歼击机飞行员很大帮助。
在城市防御战的６７天里，苏联航空兵出动飞机４５３２５架次，投下炸弹１５４４０吨，进行空战１０００多次。在空战中和在机场上共计消灭德军飞机９２９架。这就为苏联地面部队能在斯大林格勒坚守下来提供了巨大的空中援助。
苏军进行的斯大林格勒防御战役，挫败了德军统帅部１９４２年夏季战局计划，并为苏军转入反攻创造了有利条件。
将敌人封闭在〃大锅〃中
在斯大林格勒防御交战过程中，苏军统帅部就已开始了实施强大反攻的准备。朱可夫元帅和总参谋长华西列夫斯基一起，奉命提出一个反攻计划。这个计划于９月中旬呈送给斯大林。计划设想，用两个月的时间在斯大林格勒附近的几条战线上集结兵力，然后从谢拉菲莫奇和克列次卡亚登陆场以及斯大林格勒以南的湖泊地域实施强大的钳形突击，粉碎敌人主要集团两翼上防守力量较弱的军队，尔后沿向心方向在卡拉奇会合，合围并消灭在斯大林格勒地域作战的德军主力。朱可夫认为时间对苏军有利，因为保卢斯的第６集团军和霍特的第４坦克集团军当时消耗大，物资已濒枯竭，而苏军却开始源源不断地得到新型装备。当然，胜利的关键还在于崔可夫的部队是否能够在斯大林格勒的地窖里坚守到反攻开始。结果是他们坚持下来了。
１９４２年１１月，苏军空军的战斗力和主动性都提高了，苏空军对德空军已经占有数量上的优势。到反攻开始前，苏军集中了１４１４架飞机，德军在该方向上只有１２１６架飞机。德军投入战场使用的新型飞机有改进型战斗机Ｍ－１０９、新型战斗机１９０，这些新型战斗机的战术性能略优于德以前生产的飞机。而苏空军也拥有了两种新型战斗机：拉－５和雅克－９。拉－５型战斗机的水平飞行速度大于德国战斗机，装有２０毫米航炮两门；雅克－９型战斗机的最大速度达每小时５８０公里，装有３７毫米航炮１门和１２．７毫米机枪两挺。
参加反攻的苏军航空兵部队进行了紧张的准备。然而，航空兵向斯大林格勒地域机场集中的时间比统帅部规定的时限延迟了。航空油料和弹药的积蓄都不够充足。诺维科夫将军向朱可夫报告说：〃航空兵尚未做好实施反攻的准备工作。油料储备只有两个基数，弹药也不足。加强的航空兵部队尚未集中完毕。〃朱可夫向斯大林报告了上述情况。１１月１２日斯大林答复如下：〃假如航空火力准备不能令人满意的话，那么，战役将以失败而告终。同德寇作战的经验表明，只有在掌握空中优势的情况下，才能赢得对德作战的胜利。因为我航空兵必须遂行以下任务：第１，在我突击部队进攻的地域内，我航空兵必须集中作战，压制住德航空兵，并可靠地掩护我军；第２，为我进攻的部队打通道路，方法是不断地轰炸我当面的德军；第３，通过经常的轰炸和强击活动追击退却之敌，使其彻底溃乱，并制止其在最近的防区进行固守。如果诺维科夫认为我航空兵现在不能完成上述任务，那么，最好把战役的开始时间稍向后推迟和多集中一些航空兵。〃从斯大林的这段话中就完全可以看出空军在反攻中的重要作用。
诺维科夫率领一个作战组在斯大林格勒地区对所有航空兵实施总指挥，并亲自留在战场观察他的下级作战，远程作战航空兵司令戈洛瓦诺夫将军也留在了斯大林格勒。所以，斯大林格勒会战的战场成为苏联后来许多高级军事领导人的发祥地，如罗科索夫斯基、崔可夫、叶廖缅科、莫斯卡连科和马利诺夫斯基等。诺维科夫几乎到过准备参战的部队的所有机场，同飞行员交谈，给指挥员作指示，具体解决了许多问题。他具有非凡的记忆力，几乎认识所有的航空兵师师长，熟悉他们的优缺点，还了解许多航空兵团团长和大队长。
在即将来临的反攻中，赋于苏军航空兵的任务是：掩护和支援突击集团，特别是坦克和机械化军；组织实施空中侦察；与德军航空兵作斗争，夺取制空权。
１１月１９日，斯大林格勒大反攻以排山倒海之势展开了。西南方面军部队第１天就突破了德军防御战术地幅，并推进了３０多公里，到战役第５天推进达１５０公里，解放了卡拉奇，占领了德军的几个机场。这就迫使德军把其航空兵紧急转移到后方机场，从而减少了其在苏军进攻地域内的行动。斯大林格勒方面军的部队１１月２０日开始反攻，４天之内顺利推进１１５公里，占领苏维埃城，并于１１月２３日在卡拉奇地区与西南方面军坦克军会合。至此，德军第６集团军的２２个师和坦克第４集团军部分兵力以及一些独立部队共３３万人，全部被包围在形似一口〃大锅〃的区域里。不久，在这个〃大锅〃周围便集结了１００万苏军部队。
在合围德军集团期间，尽管雾大云低，苏军航空兵仍积极出动飞机达１０００多架�