С 23 августа по 2 сентября усилия авиации были сосредоточены на поддержку войск, наносивших контрудары по прорвавшейся группировке врага. Советские летчики днем и ночью наносили удары по противнику севернее города. Вместе с сухопутными войсками они не дали возможности врагу овладеть Сталинградом с ходу. 7 сентября всеми видами разведки было установлено, что в районе Гумрака противник сосредоточил крупные силы для перехода в наступление. 272-я ночная бомбардировочная авиационная дивизия в ночь на 8 сентября нанесла сосредоточенный удар по ударной группировке и, как стало известно, фактически сорвала ее наступление в назначенное время.

По инициативе летчиков 16-й воздушной армии на штурмовиках Ил-2 силами инженерно-технического состава авиаполков были оборудованы кабины для воздушных стрелков, установлены в них пулеметы. Воздушные стрелки еще не были предусмотрены штатным расписанием для этих самолетов, на боевые задания первое время летали механики, техники, специалисты по авиавооружению и спецоборудованию. Обеспечивая боевую готовность самолетов наравне с остальным техническим составом, многие из них совершали в день по 2 - 3 боевых вылета. В начале ноября промышленность стала поставлять на фронт уже двухместный Ил-2. Так, в ходе боев условия обстановки, требования тактики авиации оказывали существенное влияние на улучшение боевых возможностей самолетов. Все это способствовало улучшению действий штурмовиков и снизило их потери.

Самолеты Ил-2 гитлеровские солдаты называли "черной смертью". 7 сентября командир штурмовой авиаэскадрильи капитан П. С. Виноградов, нанося во главе семерки Ил-2 удар по танкам и пехоте врага на поле боя, подвергся атаке четырех Ме-109. Умело организовав оборону и боевые действия группы штурмовиков, он лично вступил в неравный бой с вражескими истребителями и два из них сбил. Раненный в бою, отважный командир под прикрытием своих подчиненных сумел довести поврежденный самолет до аэродрома и произвести посадку. Приказом Народного комиссара обороны капитану П. С. Виноградову было присвоено звание подполковник, он был назначен командиром 694-го штурмового авиационного полка и награжден орденом Ленина.

В ходе ожесточенных сражений советские летчики часто применяли такие приемы воздушного боя, которых избегали немецкие летчики, - стремительные лобовые атаки и таран. Воздушный таран применялся в решительные моменты боя, когда не было возможности сбить вражеский самолет другими средствами. Беспримерный подвиг в те дни совершил молодой летчик Б. М. Гомолко. 8 сентября 1942 г. группа истребителей 520-го истребительного авиационного полка во время прикрытия наших войск встретила десять немецких бомбардировщиков. Старший сержант Гомолко, совершающий свой первый боевой вылет, смело врезался в строй самолетов врага и сбил один бомбардировщик. В последующих атаках, израсходовав боеприпасы, будучи раненным, пошел на таран. Винтом своего самолета он отрубил хвостовое оперение второму бомбардировщику, после чего покинул свой неуправляемый самолет. Спускаясь на парашюте, Гомолко приготовился для боя с немецкими летчиками, также спускавшимися на парашютах. Одного он застрелил при попытке оказать сопротивление, а двух других взял в плен и доставил в штаб своего авиаполка. Вскоре старший сержант Б. М. Гомолко получил звание лейтенант и был награжден орденом Ленина.