עם הגעת המטוסים הפכו שדות התעופה לעמוסים מאוד, שבנוסף לקשיים הטכניים והלוגיסטיים הקשה מאוד על הכנת המטוסים, העמסתם בציוד והוצאתם לטיסה. בתנאי ראות קשים יכלו רק המנוסים שבצוותים לטוס במבנים, בעוד שאר הצוותים, אשר רבים מהם היו חניכים, יכלו לטוס רק כבודדים. הצטברות קרח ושלג הפכו את ההמראות והנחיתות בשני השדות למסוכנות במיוחד.
בתחילת דצמבר היה המצב עדיין עגום כאשר הצליחו כוחות התובלה להוביל רק כחמישית מכמות האספקה הנדרשת. בין 1 ל-9 בדצמבר הצליחה הרכבת האווירית להטיס 1,055 טונות של אספקה, כ-117 טונות בממוצע ליום. רק ב-7 בדצמבר הצליחו כוחות התובלה להגיע למכסה המינימלית והטיסו 362 טונות אספקה. בין 10 ל-12 בדצמבר עלה ממוצע התספוק ל-180 טונות ליום, אך עדיין היה קצת יותר ממחצית מהכמות המינימלית שנדרשה על ידי הארמייה השישית.
במהלך שבועות אלה עסק מאנשטיין בארגון מבצע "סופת חורף" לחילוץ הארמייה השישית, וקורפוס-האוויר השמיני נדרש להקצות חלק ממפציצי ההיינקל He 111 שלו שעסקו באותו זמן במשימות תובלה לטובת משימות תקיפה.
ב-12 בדצמבר, בשל התעסוקה הקרבית של הקורפוס, הצליחה הרכבת האווירית לתספק רק 80 טונות של ציוד. ב-14 בדצמבר לא יכלה הלופטוואפה לסייע לכוחות קרקעיים בשל תנאי מזג אוויר קשים ורק מטוסי האספקה טסו, אך הם הצליחו להטיס כמות זעומה בלבד של 70 טונות של דלק. ההישג המשמעותי היחיד של המבצע עד אותו שלב היה חילוץ 9,000 פצועים מתוך סטלינגרד. התקשורת בין הצי האווירי למפקדה של הלופטוואפה לא הייתה מיטבית וריכטהופן ציין ביומנו כי הפסיק כל תקשורת ישירה עם הקצינים במטה ודיווח רק דרך מברקים, זאת משום שכל מה שדיווח בטלפון עוות או סולף, מה שיצר הבנה שגויה של המצב אצל בכירי החיל.
ב-1 בדצמבר הורה סטלין על כוחותיו לעשות הכל כדי לשתק את הרכבת האווירית, לכן עשו הסובייטים ככל יכולתם, החל מהפגזות חוזרות ונשנות של שדות התעופה בתוך הכיס, תקיפתם מהאוויר וכן תקיפת שדות התעופה מחוץ לעיר. האבדות מפעולות אלה לא היו גבוהות במיוחד אבל הן היוו שחיקה תמידית.
ב-19 בדצמבר הצליחו כוחותיו של מאנשטיין להגיע למרחק כ-50 קילומטר מהכיס, אך בקשתו לפריצה החוצה של הכוחות הנצורים כדי לחבור לכוח החילוץ שלו, לא אושרה על ידי ה-OKH, שדרש ממנו להמשיך בהתקדמות לעבר סטלינגרד והעביר דרישה לא ריאלית לפיביג לספק 4,000 טונות של דלק ו-1,800 טונות של מצרכים לכוחות הנצורים, כמות שבקצב האספקה הנוכחי היה לוקח 40 יום להטיס אותה עד ל-24 בדצמבר הצליחו כוחות התובלה להטיס לסטלינגרד בממוצע 215 טון ציוד ביום, שיעור התספוק הגבוה מאז תחילת פעולת הרכבת האווירית, אך אפילו הישג זה לא הגיע לכמות המינימלית של דלק, תחמושת ומצרכים שהארמייה השישית הייתה זקוקה לה.
שלב שני - נסיגה לשדות מרוחקים.
ב-16 בדצמבר 1942 פתחה החזית הדרום-מערבית הסובייטית במתקפה על האגף השמאלי של קבוצת ארמיות דון במסגרת מבצע סטורן קטן. שלושה ימים לאחר מכן הבקיעו הכוחות הסובייטים את מערך ההגנה של הארמייה האיטלקית השמינית אל נהר דון, והכוחות הניידים שלהם פתחו בהתקדמות מהירה דרומה לאורך חזית של כמאה קילומטר. בשלב ראשון נאלץ ריכטהופן להורות על העברת שתי כנפות מפציצים, מהכוח האווירי שסייע להתקדמות כוח החילוץ של מאנשטיין לכיוון סטלינגרד, לסייע בבלימת המתקפה הסובייטית החדשה. שני שדות תעופה הראשיים ששימשו את הרכבת האווירית לסטלינגרד, טצינסקאיה ומורוזובסקיה-מערב, נמצאו בנתיב ההתקדמות הסובייטי, ובמקביל החלו מפציצים בינוניים סובייטיים לתקוף אותם. ריכטהופן הורה על הכנות לפינוי מיידי של שני הבסיסים, וניסה לקבל אישור לכך מהממונים עליו במטה הלופטוואפה. ב-23 בדצמבר הוא קיבל הוראה לא לפנות את שדות התעופה עד לרגע האחרון ממש, כאשר טנקי האויב יגיעו לטווח ירי מהם. בשלוש וחצי בליל ה-24 בדצמבר, לאחר הרעשה ארטילרית קצרה, פרצו כוחות סובייטיים מקורפוס הטנקים ה-24 את מערך ההגנה המאולתר סביב שדה טצינסקאיה. לאחר שחדר התקשורת של הבסיס נפגע פגיעה ישירה מפגז טנק, החל מבצע הפינוי של כוחות הלופטוואפה מהשדה. הטייסים הגרמנים נאלצו להמריא במהירות משדה התעופה בתנאי ראות קשים מאוד ותחת אש האויב. בהתחשב בתנאים הקשים בהם בוצע פינוי השדה, האבדות היו נמוכות יחסית, 48-52 כלי טיס. אולם גם כך הלופטוואפה שילם מחיר יקר במטוסים, בציוד ובאספקה על האיחור במתן פקודת הפינוי.
המטוסים שפונו מטצינסקאיה התמקמו לבסוף בשדה התעופה סאלסק, והמעבר גרם להפסקה בת יומיים בהעברת אספקה לסטלינגרד על ידי טייסות מטוסי ה-Ju 52. שדה התעופה החדש נמצא במרחק של למעלה מ-330 קילומטר מהעיר הנצורה, בקצה הטווח של מטוסי התובלה הגרמניים. עובדה זו האריכה את זמן הטיסה שלהם לכיס סטלינגרד, וגרמה לכך שהם נאלצו להקטין את משקל המטען שנשאו לכוחות הנצורים, עקב הצורך לקחת איתם יותר דלק.
ב-25 בדצמבר הוטסו לסטלינגרד רק 7 טונות אספקה בשל הפינוי הבהול של שדה טצינסקאיה וב-26 בחודש הוטסו 78 טונות, 127 טונות ב-27, 35 טונות ב-28, 124 טון ב-29, 224 טון ב-30 ו-310 טון ב-31 בדצמבר.
עד סוף דצמבר חולצו 18,200 פצועים מכיס סטלינגרד על ידי מטוסי הרכבת האווירית. בנוסף להטסת האספקה הרגילה של מזון וציוד לכיס הנצור, העבירו המטוסים גם מספר גדול של מכתבים לחיילי הארמייה השישית (בממוצע 2 טונות מכתבים ביום בשבוע האחרון של דצמבר), כדי לעזור לשמור על מורל החיילים הנצורים.
ב-1 בינואר 1943, עם התקרבות הכוחות הסובייטים לשדה מורוזובסקיה, הורה פיביג על פינויו בניגוד להוראות ה-OKL, הוראות שכמעט גרמו להשמדת כל הכוח האווירי בשדה התעופה טצינסקאיה. שדה טצינסקאיה נכבש מחדש, אך בגלל אי הוודאות במצב הקרקעי פיביג מיאן להחזיר לשם את מטוסי התובלה, ורק מטוסי הקרב וההפצצה הקלים שהיו קצרי טווח יחסית ולא יכלו לפעול משדות אחרים הועברו לשם, בזמן שחיפש אתר אחר בקרבת מקום מחשש ממבצע רוסי מחודש לכיבוש השדה. מטוסי ההיינקל He 111 שטסו ממורוזובסקיה פרסו בשדה נובוצ'רקסק, ובדומה למטוסים שטסו מסאלסק, הגדיל את משך הטיסה, את כמות הדלק הדרושה, הקטין את מספר הגיחות ליום וכמות הציוד שניתן לשאת בגיחה אחת. בנוסף לזאת לא אפשר הטווח המוגדל לתת ליווי וחיפוי לאותם מטוסי תובלה, מה שהגדיל את שיעור האבדות. בין 28 בדצמבר ל-4 בינואר איבדו כוחות התובלה 62 מטוסי Ju 52, כמחציתם מתנאי מזג האוויר וראות והשאר מיירוטים ומאש נ"מ של חיל האוויר הרוסי. ארמיות האוויר הרוסיות ביצעו בדצמבר 4,147 גיחות נגד הרכבת האווירית, שכללו תקיפת שדות תעופה בתוך ומחוץ לעיר הנצורה, פטרולים ויירוטים של מטוסי התובלה. בגלל מרחק הטיסה מטוסי התובלה נאלצו לטוס בנתיבים ישירים עם שינויים מעטים, ורובם טסו במסדרון מצומצם ואפילו בתנאי ראות קשים במיוחד יכלו סוללות נ"מ להפיל מטוסים תוך ירי לאזור הטיסה המשוער של המטוס עם זיהוי רעש מנועו.
ב-15 בינואר פונה שדה סאלסק עקב נסיגה חריגה של הכוחות שחזרו מהקווקז. מטוסי ה-Ju 52 נאלצו לפרוס בשדה זבירבו שהיה בעצם שדה תירס שהוסב לשדה תעופה מבעוד מועד ביוזמתו של פיביג, שרצה להימנע ממצב דומה למה שהתרחש בשדה טצינסקאיה.
ב-10 בינואר תקפו הכוחות הסובייטים את הכוחות הנצורים בסטלינגרד וב-16 בינואר, לאחר חמישה ימי לחימה אבד השדה המשמעותי בתוך הכיס, שדה פיטומניק. במצב זה נאלץ הלופטוואפה להצניח את מרבית האספקה שהוטסה לעיר בשל אי התאמתו של השדה השני, שדה גומרק, לטיסת מכשירים עקב אובדן משואת הניווט בשדה פיטומניק, אך חלק מהאספקה שהוצנחה לעיר נשארה במקומה בגלל המחסור בדלק של הכוחות הנצורים שלא יכלו לאסוף את הארגזים. מטוסי היינקל He 111 שהצליחו לנחות בעיר הובילו 13 טונות של אספקה.
שלב שלישי - הגעתו של מילך ונפילת השדות בתוך העיר הנצורה.
ב-16 בינואר הגיע ארהרד מילך, סגנו של גרינג, מברלין לאחר שנשלח על ידי היטלר לנהל אישית את הרכבת האווירית והקנה לו סמכויות נרחבות לטובת המשימה. לאחר תדריך ההיכרות הוא נדהם לגלות ששיעור הכשירות המבצעית של מערך התובלה של קורפוס האוויר ה-8 היה כ-20 אחוז בלבד. מתוך 140 מטוסי Ju 52 היו רק 42 כשירים לטיסה, מתוך 140 מטוסי He 111 היו שמישים רק 41 ומתוך 29 מטוסי Fw 200 רק אחד היה שמיש.
בבוקר המחרת נפגע מילך בהתנגשות רכבו עם רכבת משא, אך על אף שסבל משברים במספר צלעות ומפציעת ראש סירב להישאר בבית החולים והתעקש לחזור לשירות. מילך לא היה הראשון שהציע להוביל אספקה לכיס באמצעות דאונים, אולם השפעתו אפשרה לו לעקוף את הבירוקרטיה ולגייס מיידית עשרות דאונים שיוטסו מגרמניה וכן שתי כנפות מטוסי קרב שנלקחו מקבוצת ארמיות צפון. לאחר זמן מה הוא ויתר על נושא הדאונים, כאשר השתכנע שרעיון זה לא מעשי, אך כנפות הקרב הגיעו לאזור סטלינגרד ונפרסו שם כמתוכנן לאחר מספר ימים.
במקום לתפוס פיקוד על המטה המקורי של מבצע ההיטס האווירי (בראשות פיביג וריכטהופן), החליט מילך לבנות מטה מקביל, ממנו הוציא הנחיות והוראות ללא פגיעה בסמכותם.