Перебазируясь на заволжские аэродромы, части армии принимали меры но их защите от нападения с воздуха. Было приказано размещать на каждом аэродроме не более 20-30 самолетов, и лишь при особенно надежной маскировке допускалось расположение на одном аэродроме до 40 машин. Все неисправные самолеты, для восстановления которых требовалось более пяти суток, транспортировались в ремонтные мастерские. На аэродромах сооружались и тщательно маскировались обваловки для укрытия самолетов, усиливалось наблюдение за воздухом дополнительными постами воздушного наблюдения, оповещения и связи (ВНОС), совершенствовалась связь этих постов с постами ВНОС фронта, а на аэродромах штурмовой и бомбардировочной авиации, кроме того, устанавливалась связь с ближайшими аэродромами истребителей, где стояли в боевой готовности к немедленному взлету дежурные звенья.
Другим приказом упорядочивалась организация полетов в районе аэродромной сети воздушной армии: были запрещены все полеты транспортной авиации в дневное время во фронтовой зоне шириной 50-60 км, не разрешались взлеты, полеты и посадки без истребительного прикрытия всех типов самолетов. Район Верхне-Погромное, Верхняя Ахтуба и Лепинск объявлялся зоной истребления воздушного противника с постоянным патрулированием в нем истребителей воздушной армии.
В условиях недостатка на фронте средств противовоздушной обороны главному инженеру воздушной армии военинженеру 1 ранга М. Д. Сидорову и начальнику тыла армии генерал-майору В. И. Рябцеву было приказано организовать на базе Саратовского авиазавода изготовление зенитных установок под имевшиеся на армейских складах крупнокалиберные (12,7 мм) авиационные пулеметы БС. К 30 сентября удалось изготовить 50 таких установок, а также 100 установок под авиационные скорострельные пушки калибра 23 мм и шесть установок под авиационные реактивные снаряды РС-82. При батальонах аэродромного обслуживания были созданы зенитные взводы, куда для технического обслуживания установок направлялись стрелки-оружейники авиационных полков. Аэродромы воздушной армии не остались беззащитными перед воздушным противником.
А над Сталинградом продолжались ожесточенные воздушные схватки. В сентябре произошло 308 групповых воздушных боев. Все чаще стали встречаться с истребителями противника бомбардировщики, действовавшие на больших высотах, а также штурмовики. Это потребовало активизировать ночные действия, поэтому в сентябре было совершено вылетов ночью в 2,5 раза больше, чем днем. Из-за недостатка истребителей прикрытия начали переходить на ночные действия наиболее опытные экипажи 206-й штурмовой авиационной дивизии и 30-го бомбардировочного авиационного полка на пикирующих бомбардировщиках Пе-2 (командир подполковник М. А. Ситкин). В конце сентября штурмовиками было выполнено 18 ночных боевых самолето-вылетов для атаки железнодорожных эшелонов на станциях и перегонах и на разведку аэродромов противника с попутными атаками скоплений вражеских войск в районе западной окраины Сталинграда. Несколько боевых вылетов ночью было сделано наиболее опытными экипажами 30-го бомбардировочного авиационного полка.