В соответствии с замыслом Ставки ВГК войска трех фронтов в предстоящем контрнаступлении должны были нанести два мощных удара по флангам врага из районов северо-западнее и южнее Сталинграда по сходящимся направлениям на Калач, Советский, чтобы окружить, а затем разгромить его группировку.
На авиацию фронтов в ходе контрнаступления возлагалась задача прикрытия и поддержки ударных группировок, особенно танковых и механизированных корпусов, и ведения воздушной разведки. Большое внимание уделялось борьбе с немецкой авиацией. Завоевание господства в воздухе являлось одной из главных задач воздушных армий.
На основе поставленных задач авиационные штабы разработали планирующие документы на боевые действия авиации. В 8-й воздушной армии (командующий генерал Т. Т. Хрюкин, заместитель по политической части бригадный комиссар А. И. Вихорев, начальник штаба полковник Н. Г. Селезнев) основные усилия авиации сосредоточивались на поддержку ударной группировки фронта - 57-й и 51-й общевойсковых армий. Авиационную подготовку предусматривалось провести в ночь перед наступлением силами ночных бомбардировщиков По-2 и ударами штурмовиков по штабам и узлам связи перед атакой.
Содействие вводу в сражение и наступлению в глубине 13-го, 4-го механизированных и 4-го кавалерийского корпусов намечалось осуществлять ударами штурмовой авиации по огневым точкам и резервам противника, а прикрытие войск от воздействия вражеской авиации патрулированием истребителей в воздухе. В целях успешного осуществления взаимодействия с механизированными корпусами в глубине обороны противника каждому из них было придано по одному штурмовому и одному истребительному авиационному полку.
Для действий по резервам противника выделялась одна бомбардировочная дивизия. Часть сил авиации намечалось применить в интересах 62-й армии в случае перехода противника в наступление в полосе ее обороны.
Впервые боевые действия 8-й воздушной армии в наступательной операции были спланированы в форме авиационного наступления, которое предусматривало непрерывные действия авиации при подготовке атаки, в период атаки и во время действий пехоты и танков в глубине обороны противника.
В 17-й воздушной армии (командующий генерал С. А. Красовский, заместитель по политической части бригадный комиссар В. Н. Толмачев, начальник штаба полковник К. И. Тельнов) истребительные и штурмовые дивизии были оперативно подчинены командующим общевойсковыми и танковой армиями. По указанию командующего войсками Юго-Западного фронта генерала Н. Ф. Ватутина предусматривалось массированное применение авиации при нанесении ударов по резервам, танковым и моторизованным дивизиям противника.
В 16-й воздушной армии (командующий генерал С. И. Руденко, заместитель по политической части полковник А. С. Виноградов, начальник штаба генерал М. М. Косых) боевые действия авиации были спланированы на операцию с определением объектов действий и времени ударов на период прорыва тактической зоны обороны противника.
Авиации дальнего действия ставилась задача вести боевые действия в полосе Юго-Западного фронта по разрушению аэродромов, железнодорожных узлов, станций и воспрещению подхода резервов противника из глубины.
В соответствии с задачами и планами боевого применения авиации была проведена перегруппировка сил. Для усиления поддержки ударной группировки войск Юго-Западного фронта три авиационные дивизии 2-й воздушной армии Воронежского фронта (командующий армией генерал К. Н. Смирнов, заместитель по политической части генерал С. Н. Ромазанов, начальник штаба полковник Н. Л. Степанов) были перебазированы на правое крыло Юго-Западного фронта. Часть авиационных дивизий 2, 17 и 8-й воздушных армий за один-два дня до начала контрнаступления были перебазированы на передовые аэродромы.
В целях осуществления взаимодействия авиации с сухопутными войсками были разработаны плановые таблицы действий войск и авиации фронтов, в штабы общевойсковых армий направлены авиационные представители со средствами радиосвязи, а в 5 ю танковую и 21-ю армии Юго-Западного фронта оперативные группы.
Для маскировки действительной дислокации авиационных частей строились ложные аэродромы. В 8-й воздушной армии на 25 действующих аэродромов было подготовлено 19 ложных, на 14 из них имитировались полеты ночью.
Много было сделано политорганами и партийно-комсомольскими организациями. Для воспитания личного состава на боевых традициях героического прошлого Красной Армии широко пропагандировалось обращение участников Царицынской обороны к защитникам города-героя. Накануне контрнаступления в частях и подразделениях проводились партийные и комсомольские собрания о задачах коммунистов и комсомольцев в предстоящей операции, а в ночь перед наступлением всему личному составу были зачитаны приказы военных советов фронтов.
Утром 19 ноября 1942 г. войска Юго-Западного фронта после мощной артиллерийской подготовки перешли в контрнаступление. Туман и низкая облачность исключили возможность действий авиации по намеченному плану. Только одиночные штурмовики наносили удары по войскам противника на направлении главного удара 5-й танковой армии.
После ввода в сражение 1-го и 26-го танковых корпусов войска фронта в первый же день прорвали тактическую зону обороны противника и продвинулись на 30 - 35 км. На пятый день операции, пройдя с боями до 150 км, наши войска освободили Калач и захватили несколько аэродромов противника. Это вынудило его срочно перебазировать авиацию на тыловые аэродромы и сократить ее действия в полосе наступления наших войск. Вследствие плохой погоды наша авиация продолжала действовать ограниченными силами.
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.
