13 июля соединения и части воздушной армии начали перебазирование непосредственно в район Сталинграда. Его предстояло провести без прекращения боевых действий, причем с одновременным выполнением задач в двух районах, расположенных на расстоянии почти 300 км друг от друга. Авиация наносила удары но наступающим гитлеровским войскам и под Сталинградом, где оборонялись 62-я и 64-я армии, и у большой излучины Дона, где на северном берегу реки заняли оборону войска 21-й и 63-й армий. Учитывая такую ситуацию, командующий фронтом но предложению генерала Хрюкина принял решение разместить основные силы воздушной армии в непосредственной близости к Сталинграду, а остальные силы во главе с заместителем командующего армией генералом С. И. Руденко оставить на месте, севернее большой излучины Дона.
Первым начало перебазирование в район Сталинграда управление 206-й истребительной дивизии, которое 13 июля, передав свои части, передислоцировалось в Бекетовку, приняло там 811, 873 и 621-й штурмовые полки, получило наименование 206-й штурмовой авиационной дивизий и в тот же день приступило к боевым действиям, штурмуя танковые части противника, наступавшие на оборонительные позиции 62-й армии.
14 июля в Сталинград перебазировались штаб воздушной армии и управление 270-й бомбардировочной дивизии, которое на аэродроме Пичуга приняло 275-й и 779-й бомбардировочные авиационные полки с 30 самолетами Пе-2. 15 июля возвратилась в боевой состав армии 226-я штурмовая авиационная дивизия полковника М. И. Горлаченко, пополненная самолетами на армейском тыловом аэродроме Бобров. 17 июля прибыли 235-я и 269-я истребительные, а 20 июля 272-я ночная бомбардировочная авиационные дивизии. Севернее большой излучины Дона оставались в группе генерала С. И. Руденко 220-я и 268-я истребительные и 228-я штурмовая авиационные дивизии.
Условия аэродромного базирования в районе Сталинграда оказались нелегкими. Предусмотренное решением Военного совета Сталинградского фронта окончание строительства аэродромов восточное Дона не было полностью завершено. Большинство аэродромов представляло собой посадочные площадки, мало приспособленные для базирования скоростных самолетов. Многие из них были расположены вдали от железных и шоссейных дорог, что затрудняло снабжение частей горючим и боеприпасами. Зачастую отсутствовали средства противовоздушной обороны, не было проводной связи между взаимодействующими частями, а с командными пунктами соединений она осуществлялась но междугородным линиям связи, была неустойчивой. Местность в районах аэродромов была равнинной и безлесной, самолеты легко обнаруживались и становились объектами для атак вражеской авиации. Так, 25 июля пять вражеских истребителей атаковали аэродром Песковатка. 27 июля дважды был подвергнут налету авиации противника аэродром Илларионовский, находившийся в 20 км восточное Дона.