В самом начале «решительного штурма» Сталинграда противник начал «обрабатывать» аэродромы авиации КА. Полки У-2 понесли серьезные потери. 23 августа в ходе бомбардировки места базирования 709-го нбап было убито 6 человек летного состава, в том числе военком полка. Кроме того, артиллерийским и минометным огнем было уничтожено 19 самолетов 596-го нбап. Был спасен только один У-2 — техник Заварзин, который, как утверждают документы, до того ни разу не летал, поднял У-2 в воздух и благополучно приземлился на левом берегу Волги.
Ни блокирование аэродромов, ни проливные дожди не могли помешать работе полков 272-й нбад 8-й воздушной армии. Каждую ночь дивизия совершала от 100 до 200 самолето-вылетов.
Для восполнения потерь, понесенных авиацией Сталинградского фронта, к 6 октября 1942 г. с Западного фронта были переброшены 901-й и 702-й нбап. Началась их интенсивная боевая работа севернее Сталинграда в составе 16-й ВА. В это время, помимо бомбардировочных и транспортных рейсов, полки У-2, когда это требовала оперативная обстановка, барражировали над позициями противника, стрекотанием своих М-11 маскируя шум транспортных судов, доставлявших войска и грузы на правый берег Волги, в 62-ю армию. Сбрасывая осветительные бомбы, подсвечивали передний край перед нанесением артиллерийско-минометного удара по обороне противника.
Возможно, что эффективность действий, проявляемая экипажами полков У-2, способствовала тому, что командование ВВС КА выделяло их среди прочих авиаполков, уделяя им несколько большее внимание.
С началом контрнаступления Сталинградского и Донского фронтов скверная погода приковала истребители люфтваффе к земле и позволила полкам У-2 действовать днем. Основным заданием для них в это время стала разведка — для определения положения своих войск, а также войск противника и уточнения линии фронта. У-2 оказал войскам неоценимую помощь. Садясь в расположении своих частей, экипажи уточняли обстановку и передавали сведения о положении «соседей», координируя тем самым взаимодействие наступающих частей.
Помимо этого, экипажам У-2 стали поручать задачи блокирования немецких аэродромов внутри «кольца», поскольку люфтваффе перешли к переброске грузов 6-й армии в темное время суток. В одну из таких ночей пулеметный огонь пары У-2 271 — й нбад «приземлил» заходивший на посадку… Ю-52.
15 декабря 1942 г. самолеты 271 авиадивизии уничтожили в поселке Опытное Поле продовольственный склад. Окруженные румынские части, оставшиеся без продовольствия, не смогли долго сопротивляться и через три дня сдались.