У липні-листопаді 1942 армія брала участь в Сталінградській стратегічній оборонній операції, підтримувала сухопутні війська, вела наполегливі повітряні бої з перевершуючими силами ворожої авіації. У листопаді-грудні у взаємодії з 2, 16 і 17-ю повітряними арміями підтримувала дії військ фронтів в ході контрнаступі під Сталінградом, брала участь в повітряній блокаді оточеного угрупування противника, здійснювала авіаційну підтримку радянських військ при розгромі котельниковського угрупування.