Перед войсками Сталинградского фронта стояла задача удержать город, не дать возможности противнику форсировать Волгу и выйти на ее левый берег, а также силами войск Донского фронта задержать продвижение врага к северу от города, в упорных боях нанести ему потери и выиграть время для подготовки контрнаступления.
Противник, захватив выгодные исходные позиции и подтянув резервы, начал штурм города. С 13 по 27 сентября проходили ожесточенные бои в южной и центральной части города. Ценой огромных потерь гитлеровцы на ряде участков фронта вышли к Волге. С первых дней боев за город соединения 8-й воздушной армии и авиации дальнего действия уничтожали ворвавшиеся в город войска противника и его подходившие резервы. Эффективность действий нашей авиации высоко оценил командующий 62-й армией генерал В. И. Чуйков.
Чтобы сдержать наступление врага и сорвать переброску его резервов на север, к участку контрудара Сталинградского фронта, войска 62-й армии при поддержке авиации 16-й воздушной армии 19 сентября нанесли контрудар из северной части города. В это же время 8-я воздушная армия и авиация дальнего действия уничтожали выдвигавшиеся резервы противника из района Городище. Только в течение двух ночей в этот район было совершено 600 самолето-вылетов. В результате согласованных действий сухопутных войск и авиации противник был лишен возможности производить маневр своими резервами.
Удары наших бомбардировщиков и штурмовиков переносились поочередно из одного района города в другой. 23 сентября авиация 8-й и 16-й воздушных армий и авиация дальнего действия наносила удары по врагу в центральной части города, а 24 сентября она активно действовала в южной части города. Командование сухопутных войск неоднократно присылало положительные отзывы об успешных действиях наших летчиков. В те дни большое значение приобретали удары бомбардировщиков ночью.
В период боев в Сталинграде авиация оказала существенную поддержку войскам и получила богатый опыт по уничтожению вражеских войск в крупном городе. Основными объектами действий являлись отдельные здания, занимаемые врагом, артиллерия, минометы, танки, скопления войск и техники.
Наша авиация действовала в тесном взаимодействии с сухопутными войсками. Штурмовики и истребители, взаимодействуя с пехотой и артиллерией, атаковывали противника непосредственно на переднем крае, а фронтовые и дальние бомбардировщики уничтожали артиллерию, резервы и войска, находящиеся в 2 - 5 км от линии фронта. Группы штурмовиков наводились на цель авиационными офицерами с КП или НП командиров стрелковых полков при помощи ракет, дымов, трассирующих снарядов.