空军第８集团军航空兵在粉碎科捷尔尼科沃集团时还积极地支援了地面部队。在敌人进攻的头几天，苏军飞行员在从科捷尔尼科沃地域到梅什科瓦河一线的激烈防御战斗中有力地援助了陆军，打得德军坦克集团一蹶不振。从１２月２０日至２３日，空军第８集团军为了歼灭敌坦克和步兵出动飞机７５８架次，然后又积极支援了陆军的进攻作战。到１２月２４日，德军科捷尔尼科沃集团被迫转入防御，继而开始撤退。当斯大林格勒方面军的部队开始向南推进时，空军第８集团军则集中主要兵力对付退却之敌，从１２月２４日至２９日共出动飞机１３５８架次。在此期间，空军第８集团军的部分兵力和空军第１６集团军以及远程航空兵对被围集团还进行了有效的突击，这在很大程度上协助了地面部队粉碎德军突破合围对内正面的企图。
西南方面军部队于１２月１６日转入进攻。为了支援地面部队，从空军第２和第１７集团军抽调了４５５架飞机。德军在这个地区也有近４５０架飞机。由于天气恶劣，在战役的头几个小时，航空兵未能参加支援，地面部队作战在德军的抵抗下进展缓慢。中午天气转好，第２和第１７集团军立即出动飞机２００多架次，到进攻地带支援作战，轰炸和突击了德军抵抗枢纽部和集结的部队。战役的头几天，苏联空军还对塔钦斯卡亚、英罗佐夫斯基、斯塔罗别尔斯克和伏罗希洛夫格勒的德军机场实施了突击，击毁敌机６５架。就在这时，苏军又调来新建混成航空兵第３军编入空军第１７集团军，航空兵力量对比苏军占了优势。苏军地面部队的推进也加快了。到１２月１８日，步兵兵团与坦克军和机械化军配合作战，在航空兵的支援下全部突破了德军托尔莫辛集团的战术防御地域，并开始追击德军。近卫第３集团军司令员列柳申科将军高度评价了空军第１７集团军的行动，他说：〃１９４２年１２月１６日至１８日，空军第１７集团军的飞行员们打得非常出色。〃
航空兵卓有成效的支援保证了地面部队扩大战果，到１２月２１日，西南方面军即切断了意大利第８集团军主力部队的一切退路。坦克第２４军所取得的战果最为显著，该军５天前进了２４０公里，于１２月２４日以迅猛的冲击一举攻占塔钦斯卡亚机场，击毁和缴获３５０架敌机。军长巴丹诺夫将军由于这一英勇行动在苏军中第１个荣膺二级苏沃罗夫勋章。
从１９４２年１２月１６日至３１日，苏联空军第２和第１７集团军共出动飞机４１７７架次，其中８０％以上直接用于支援地面部队。西南方面军在航空兵的协助下，１５天内挺进了１００至２００公里，歼灭德军及其仆从国部队６万余人，打垮了敌托尔莫辛集团。从此，希特勒解救被围德军的企图被彻底粉碎。
被出卖了的集团军
在１９４２年１２月的各次战斗中，德军被围集团有约８万人被苏军消灭，被围人数已由３３万减为２５万。
早在１１月２２日合围圈将要封闭时，德第６集团军司令保卢斯和第８航空军司令菲比希就曾给希特勒去电建议：如空中补给行不通的话，可以利用突围挽救集团军。然而希特勒坚持一旦占领的土地就不准再丢失的原则。这位元首已经失去了理智，他将负责空军的戈林元帅找来，说：〃空军如果不去救援的话，第６集团军的末日恐怕就要到了。〃戈林怕自己成为替罪羊，只好向他保证，德国空军能够支援第６集团军。因此，希特勒给予保卢斯请求突围的答复是〃不行！〃他命令第６集团军面对斯大林格勒就地构筑环形筑垒阵地进行死守，等待１９４３年发动的进攻来解救他们。命令的结尾一句话是：〃第６集团军补给由空运解决。〃德军当时缺少运输机，１１、１２月份顿河地区的天气又十分恶劣，希特勒却不顾前线司令官们的一致反对，要用空运解决２５万人的军需，这显然是无稽之谈。难怪第４航空队司令里希特霍芬上将听说后大喊：〃这样做简直是发疯！〃连后来奋力为被围集团空运的德军飞行员们也称保卢斯的部队是〃被出卖了的〃第６集团军。
１１月２４日，德军运输机部队接到空军总司令下达的命令，要求他们无论如何每天要给包围圈内的德军空运３３０吨物资。德国空军向斯大林格勒方向调遣了最强的轰炸机中队以及运输机集群。最初几个星期，有近６００架飞机参加了运输。他们还选调了德军飞行学校部分经验丰富的教官担任运输机驾驶员，这些教官能够在各种气象条件下执行战斗任务，能在白天和夜晚远距离飞行。１９４２年１２月至１９４３年１月，德国空军为了解救在斯大林格勒地区被围的部队，共出动飞机１４０９７架次。
为了粉碎德军空中供给计划，苏军对敌被包围集团进行了空中封锁。空中封锁是由西南方面军、顿河方面军和斯大林格勒方面军的航空兵和防空部队，在国土防空军部队的密切配合下实施的。空军司令员诺维科夫在１１月底和１２月初数次给各空军集团军、防空歼击航空兵和远程航空兵下达命令或指示，指出同德军运输航空兵作斗争是当前苏军航空兵的一项最主要的任务。
为了有效地消灭着陆机场上和空中的德军运输机，苏军沿合围圈建立了报知和引导无线电台网，并由地面部队中的航空兵代表使用无线电设备进行报知和引导。这个系统在与德军运输航空兵的斗争中起了重大作用。１２月１１日晨，歼击航空兵第２３５师师长波德戈尔内上校带领１８架歼击机，根据无线电引导站的信号起飞了。在地面电台的引导下，他们在大切普尔尼克地域内向１６架敌运输机发起突然攻击，这些敌机载着物资正飞向斯大林格勒，并有４架Ｍ－１０９战斗机掩护。苏歼击机一举击落敌９架运输机，其中５架在空中烧毁，其余的迫降在野外，８名飞行员被俘。剩下７架敌机企图回逃，但被苏歼击机追上去又消灭了６架，只有１架敌机越过战线逃掉了。
德军大部分出击机场都远离合围地域２５０到３５０公里，因此，战斗机为轰炸机和运输机护航已无可能。于是，德军就改在夜间或白天复杂气象条件下飞行。部分敌机乘合围地域以南既无绵密正面又无苏军机场，从该地域南面窜到伏尔加河东岸，尔后再北转，从东面进入斯大林格勒地区。在这种情况下，苏军不得不对敌被围集团组织环形封锁。
封锁区划分为４个空域：１号空域为合围对外正面以外的地区，主要任务是消灭起飞机场上的敌机。在该空域作战的有空军第８、第１６和第１７集团军以及远程航空兵的部队。他们曾先后对德军莫罗佐夫斯克、塔秦斯卡亚、萨利斯克、新切尔卡斯克和罗斯托夫等机场进行了猛烈袭击。最典型的一次是１月９日对萨利斯克机场的成功突击。这次突击是巴赫金大尉带领７架伊尔－２飞机在１个歼击机大队护送下实施的。根据空中侦察的情报得知，在萨利斯克机场上集结有３００多架敌运输机和作战飞机。伊尔－２飞机突然穿云而出，对机场进行了果断的和极其巧妙的第１次攻击，紧接着又先后５次进入目标，用炸弹、火箭弹和枪炮火力击毁击伤７２架敌运输机，空中还击落德战斗机３架，自己仅损失飞机４架。
２号空域位于合围的对内对外正面之间，这个区域是环形的，它分为５个扇区，每个扇区由１个航空兵师负责。在该空域内，歼击机从〃机场待战〃和〃空中待战〃状态出动，截击和消灭德机。
３号空域围绕并紧靠着整个合围地域。在该空域内由高射炮兵消灭德机。为此，在这个区域内集中了各方面军和斯大林格勒军级防空地域的近４００门高射炮和２５０挺高射机枪。
合围地域本身是第４号空域。在这里，空中和地面的德军飞机由航空兵、高射炮兵和野战炮兵负责歼灭。德军的机场白天由歼击机封锁，夜晚由波－２轻型轰炸机封锁。当机场夜航灯打开时，空中值班的波－２飞机立即对该机场投弹。
航空兵和高射炮兵联合对斯大林格勒地区被围德军实施的空中封锁极有成效。在整个封锁过程中，通过空战、突击机场和对空射击等战斗行动，共消灭了近１２００架德国飞机，其中８０％是运输机和轰炸机。德国空军还损失了大批训练有素的飞行员。第６集团军旗均每天只得到５０…８０吨物资，而不是许诺的３００吨。由于得不到必需的物资器材、给养、弹药和汕料，被围德军的作战能力受到严重影响。空中封锁有力地促成了被围德军集群的崩溃。
苏军统帅部粉碎了德军为被围集团解除封锁的企图后，决定彻底消灭该集团。１９４３年１月１０日，在第６集团军拒绝接受敦促投降的最后通牒后，顿河方面军对敌发动了进攻。空军第１６集团军积极支援地面部队突破敌防御地幅，一昼夜内即出动飞机６７６架次，突击了被围德军的部队、司令部以及抵抗枢纽部，从空中牢固地封锁了大罗索什卡和皮托姆尼克机场。苏军轰炸航空兵第２军的飞行员们积极行动，在战役的第１天出动了飞机１７２架次。由于德军的机场距离太远，其战斗机无法到合围地域作战。至１月２２日，苏军开始对德军集团分割围歼，德军被分割为南北两部。１月３１日，南部德军被歼，德军第６集团军司令保卢斯被俘。２月２日北部集群也投降了。
２月２日夜里，德军两架海－１１１式飞机再次满载物资飞到斯大林格勒上空。但是，无论怎么寻找，下面都没有动静。因为战斗已经结束了。
苏军航空兵在斯大林格勒会战中积极而坚决的作战行动，使得苏军在战役的反攻阶段再次夺得制空权。苏军的雄鹰在斯大林格勒上空又得以自由翱翔，对苏军包围并最终消灭德军第６集团军旗了至关重要的作用，并对从根本上削弱德国空军的力量，夺取苏德战场战略制空权创造了有利条件。德国空军作为一支所向无敌的武装集团的形象，从此无可挽回地破灭了。
空中大会战
——库班战役中的苏军航空兵
库班空中会战是苏军在卫国战争期间争夺战略制空权的重大转折点。这次空中交战是在１９４３年春（４月１７日…６月１７日）进行的。按空战次数和参加会战的飞机数量来说，这是苏联卫国战争中最大的空中会战之一，而且这次空中交战与苏军地面部队进行的战役有着紧密的联系，是在军事政治和自然地理因素影响下形成的独特环境中展开的。
〃蔚蓝色防线〃
苏军在斯大林格勒歼灭德军保卢斯集团后，德军统帅部为了挽救起被动态势，在苏德战场酝酿着新的进攻计划。防守塔曼半岛的德军集团对实现其新的进攻计划占有特殊的地位，它面临的任务是保住向高加索进攻的登陆场，并从西线吸收尽可能多的苏军部队。为了挫败德军的企图，苏军最高统帅部给北高加索方面军下达了在库班河粉碎敌集团军的任务。库班河下游和塔曼半岛由编成有１６个师的德军第１７集团军防守。早在１９４３年１月德军统帅部就担心库班集团会被苏军赶下