הרכבת האווירית לסטלינגרד
מהלך המבצע > שלב ראשון – תחילת הפעלת הרכבת האווירית

משימת התובלה הראשונה לתוך סטלינגרד התקיימה כבר ב־23 בנובמבר 1942, אך מבצע האספקה האווירית לארמייה השישית החל רשמית ב־24 בחודש, בהשתתפות תשעה מטוסי תובלה מדגם יונקרס Ju 52, שהצליחו להעביר לכוחות הנצורים 75 טונות אספקה בלבד. כמות דומה הועברה גם ב־25 בחודש. בימים הראשונים להפעלת הרכבת האווירית, הטיסו מטוסי התובלה בעיקר דלק ותחמושת, משום שלכוחות הנצורים היה עדיין מלאי מזון מספיק והייתה להם גם אפשרות לאכול חלק מהסוסים שלהם (אמנם חלק גדול מהסוסים, ששימשו את הארמייה השישית לצורכי תובלה, נשלחו ממערב לנהר הדון לפני תחילת מתקפת הנגד הסובייטית, אך בתוך כיס סטלינגרד נותרו עדיין אלפי סוסים). אף על פי כן, לא הייתה הרכבת האווירית מסוגלת לספק אפילו חלק קטן מהצרכים של הארמייה השישית. למשל, התחמושת שהוטסה לסטלינגרד ב־25 בנובמבר היוותה רק שישית מהכמות שצרכו הכוחות הנצורים באותו יום.
טייסות הקרב שנועדו להגן על מטוסי התובלה סבלו מתנאי מזג אוויר קשים שגרמו לתנאי ראות קשים ולמספר ניכר של תקלות טכניות. מטוסי התובלה יכלו לטוס בתנאים אלה תודות למכשור ניווט ייעודי, אך מטוסי הקרב לא היו מצוידים במכשירים כאלה ולכן התקשו לנווט, אך הבעיה הגדולה ביותר הייתה חוסר היכולת של המערכת הלוגיסטית של הלופטוואפה להעביר אספקה לטייסות הקרב של קורפוס האוויר השמיני, שכן, בניגוד למטוסי התובלה, טייסות הקרב לא קיבלו תגבור, אלא רק לקראת סוף המבצע. מטוסי הקרב המלווים חולקו לשני כוחות: כוח המשימה הראשון, "המוסר", ליווה את מטוסי התובלה משדה התעופה ועד אזור ההנחתה, וכוח המשימה השני, "המקבל", פגש את מטוסי התובלה מעל סטלינגרד וליווה אותם בדרכם חזרה לבסיסם. כמו כן, הוצבה טייסת קרב אחת בשדה פיטומניק, כדי לסייע בהגנתו מתקיפות מטוסי האויב.
בחמשת הימים שבין 26 ל־30 בנובמבר הטיסו מטוסי התובלה כ־300 טון אספקה בסך הכול, כמות שגרינג התחייב לספק ביום אחד. תנאי הראות היו קשים במיוחד ולעיתים קרובות נאלצו מטוסי התובלה לבצע נחיתות והמראות ללא ראות כלל. אף שאנטנת השידור בשדה פיטומניק עזרה לטייסים לנווט, הסתיימו רבות מאותן טיסות בהתרסקות ובאובדן הצוות. צוותי הקרקע בשדה היו מיומנים ולרוב הצליחו לפרוק ולהעלות משא, לפנות שברי מטוסים ושלג ולהשמיש מטוסים לטיסה בסבבים של שעתיים, אך יכולותיהם לא נשתמרו לאורך זמן והידרדרו בהדרגה עקב השפעות הקור, הרעב והמורל הנמוך.
ריכטהופן דיווח לגרינג על אי יכולתו להעביר אספקה לכוח הנצור עם כמות המטוסים שברשותו, וגרינג התיר לו לגייס כל מטוס תובלה פנוי. הלופטוואפה גייס למבצע מספר כנפות תובלה מגרמניה עצמה, בהן גם כנפות שהטיסו את מטוסי היונקרס Ju 86 המיושנים. מספר כנפות הפצצה שהטיסו מטוסי היינקל He 111 סופחו אף הן לרכבת האווירית ופעלו כמטוסי תובלה, ומספר בכירים במפלגה הנאצית אף תרמו את מטוסיהם הפרטיים. אפילו מטוסי התובלה הניסיוניים מדגם יונקרס Ju 290 גויסו להשתתף ברכבת האווירית.
בנוסף, התרוקנו למעשה בתי ספר לטיסה משארית המטוסים מרובי המנועים, והחניכים ומדריכי הטיסה שהיו זמינים גויסו למבצע, בדומה לגיוס קודם שבוצע לזירת צפון אפריקה. מטוסים וצוותים אלה, בעיקר הפחות המנוסים, סבלו משיעור תאונות גבוה בדרך לחזית עקב טיסות ארוכות בתנאי מזג אוויר קשים ושדות תעופה שלא תוחזקו כראוי עקב החורף. העברת המטוסים הנוספים, שגויסו לצורך הרכבת האווירית, מגרמניה לאזור סטלינגרד, הייתה מבצע מסובך למדי, ורק לקראת 5 בדצמבר 1942 הצליח הלופטוואפה להשלים את היערכותו לקראת מבצע הרכבת האווירית. בסך הכול נאספו למבצע 20 טייסות של מטוסי תובלה ומפציצים.
עם הגעת המטוסים הפכו שדות התעופה לעמוסים מאוד, דבר שהקשה מאוד על הכנת המטוסים, העמסתם בציוד והוצאתם לטיסה, בנוסף לקשיים הטכניים והלוגיסטיים. 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 לכוחותיו לעשות הכול כדי לשתק את הרכבת האווירית, החל מהפגזות חוזרות ונשנות של שדות התעופה בתוך הכיס, תקיפתם מהאוויר וכן תקיפת שדות התעופה מחוץ לעיר. אבדות הגרמנים מפעולות אלה לא היו גבוהות במיוחד אך הן גרמו לשחיקה מתמדת שלהם.
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. עד 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.