В июне 1942 года генерал-лейтенанта Хрюкина назначают командующим ВВС Юго-Западного фронта, позже преобразованных в 8-ю воздушную армию. Под его руководством лётчики сражались под Харьковом, Сталинградом, Ростовом-на-Дону, на рубеже Миус-фронта (в том числе при попытке его прорыва в ходе Миусской операции), в Крыму. По инициативе генерала Хрюкина под Сталинградом был создан полк «асов» — 9-й гвардейский истребительный авиационный полк, в котором были собраны лучшие лётчики-истребители из других полков. Хрюкин внедрял разработанную в армии тактику действий штурмовой авиации со средних высот. Разрабатывал планы крупных операций воздушных сил (первая — во время контрнаступления под Сталинградом).