Контрнаступление войск Сталинградского фронта началось 20 ноября. 8-я воздушная армия из-за тумана и плохой видимости действовала одиночными самолетами, уничтожая танки, кавалерию противника, и прикрывала части 13-го и 4-го механизированных корпусов. За четыре дня войска фронта успешно продвинулись на 115 км, овладели городом Советский и 23 ноября замкнули внутренний фронт окружения, соединившись в районе Калача с танковыми корпусами Юго-Западного фронта. В эти дни, несмотря на очень сложные метеоусловия, 8-я воздушная армия для поддержки войск совершила 340 самолето-вылетов.
16-я воздушная армия, поддерживавшая наступление 65-й и 24-й армий Донского фронта, из-за плохой погоды также не могла действовать с высокой активностью. За первые пять дней она совершила 238 самолето-вылетов для действий по живой силе и технике противника на поле боя, по его автоколоннам на дорогах и аэродромам.
Всего за время окружения вражеской группировки наша авиация произвела до 1 тыс. самолето-вылетов. Советские летчики, выполняя боевые задачи в сложных метеорологических условиях, показали образцы героизма и воинского мастерства. Так, 21 ноября шесть экипажей Ил-2, ведомые Героем Советского Союза капитаном В. М. Голубевым, вылетели для нанесения удара по аэродрому Совхоз "Победа Октября". На подходе к цели они были обстреляны зенитным огнем. Подавив средства ПВО, летчики атаковали аэродром и уничтожили восемь вражеских самолетов. На обратном маршруте штурмовики были атакованы истребителями. В ходе воздушного боя наши летчики сбили два Ме-109 и вернулись на свой аэродром без потерь.
Звание Героя Советского Союза Виктор Голубев получил здесь же, под Сталинградом, 12 августа 1942 г., а еще через год, 24 августа 1943 г., В. М. Голубев за новые выдающиеся подвиги в битве под Курском был награжден второй медалью "Золотая Звезда".
С 24 ноября погода несколько улучшилась, что позволило активизировать действия нашей авиации. Теперь она ежедневно совершала в среднем около 800 самолето-вылетов для прикрытия наступавших подвижных соединений, уничтожения живой силы и техники противника, ведения воздушной разведки, ударов по аэродромам, а также для транспортировки грузов войскам 62-й армии, отрезанным от своих тылов начавшимся ледоходом на Волге.
Стремительное продвижение наших войск вынудило вражескую авиацию перебазироваться на тыловые аэродромы. В результате этого, а также из-за понесенных потерь ее активность значительно снизилась. С 19 по 30 ноября авиация в среднем ежесуточно совершала по 115 самолето-пролетов.