Entre 10 y 19 de septiembre de 1942, Wilcke obtuvo una serie de victorias contra aeronaves no identificadas (una el 10 de septiembre, una el 12, cuatro el 18 y una el 19).[48] El 16 de septiembre de 1942, los soviéticos lanzaron una ofensiva a norte de Stalingrado. Wilcke lideró cerca de 40 cazas alemanes contra lo 8º Ejército Aéreo, el 16º Ejército Aéreo y la 102ª División de Aviación de Combate para la Defensa Aéreo del País, tres unidades aéreas soviéticas en operación en los cielos de Stalingrado. En esta altura, Wilcke volaba frecuentemente con el Hauptmann Walther Dahl cómo suyo ala.[50] El 20 de septiembre de 1942, Wilcke abatió dos LaGG-3.[48] Dos días más tarde, abatió seis cazas soviéticos Yakolev Yak-1 por encima de Stalingrado, la tercera vez que se sagrou ás un día, elevando su total de victorias aéreas para 116. ES posible que uno de sus oponentes fuera el Leytenant (según teniente) Nikolai Karnachyonok del 434º Regimento de Aviación de Caza, que fue muerto en combate aquel mismo día y declarado Héroe de la Unión Soviética tras fallecer.[51] El Geschwaderstab (cuartel-general de la unidad) estaba colocado en el aeródromo de Pitomnik, y allá permaneció entre el 23 de septiembre y el 21 de noviembre de 1942. Aquí, Wilcke dirigió operaciones aéreas de caza para la Batalla de Stalingrado. Durante la ofensiva anterior contra la ciudad, el Geschwaderstab de la JG 3 alcanzó 137 victorias, de las cuales 97 fueron obra de Wilcke.[44] Mientras estuvo en Pitomnik, Wilcke abatió cuatro aviones enemigos el 24 de septiembre, uno el 25, tres el 28, cuatro el 29, unp el 3 de octubre y dos más el 24 de octubre.[48] El 25 y el 26 de octubre abatió un avión enemigo cada uno de esos días, habiendo abatido posteriormente dos más el 1 de noviembre, alcanzando las 135 victorias aéreas.[52] Por su prestación de servicio, fue condecorado con la Cruz Alemana el 3 de noviembre de 1942.[35]