Боевой путь 17-я воздушная армия начала с Битвы за Сталинград, где вместе с другими частями фронта вела успешные боевые действия против противника — в частности, успешно выполняла воздушную блокаду окружённой группы немецких войск. В январе 1943 года принимала участие в Острогожско-Россошанской наступательной операции и во встречных боях. Параллельно с боевыми вылетами, части армии использовались в организации обеспечения наземных войск топливом и боеприпасами. Весной в состав, вместо убывших частей, был включён 9-й смешанный авиакорпус. После этого армия имела в своём составе 715 самолётов. Участвовала в воздушной операции по уничтожению немецкой авиации на аэродромах в мае 1943 года.