В четвертой зоне, в районе окруженной группировки фашистских войск, самолеты врага уничтожались истребителями, бомбардировщиками и штурмовиками в основном 16-й воздушной армии.
В целях преодоления воздушной блокады противник пытался организовать проталкивание внутрь района окружения больших караванов транспортных самолетов под прикрытием истребителей. Но, благодаря хорошо организованному наблюдению и оповещению, такие караваны становились объектами атак наших истребителей и несли от них большие потери. Так, 30 ноября караван из 17 самолетов Ю-52 под прикрытием четырех Me-109 в районе Гумрака был настигнут четырьмя нашими «охотниками» во главе с командиром 283-й иад полковником В. А. Катаевым. В результате энергичных и умелых атак они сбили пять Ю-52 и один Ме-109. При этом полковник Китаев и майор Ф. Д. Елисеев сбили по два «юнкерса», а майоры Д. И. Родин и А. А. Кукушкин — по одному фашистскому самолету.
Так же удачно действовали «охотники» и 12 декабря. В результате правильного распределения обязанностей между летчиками и их решительных атак полковник В. А. Китаев, майоры Д. И. Родин и Ф. Д. Елисеев, лейтенант Н. В. Харитонов и младший лейтенант И. Я. Кострыкин сбили четыре Ю-52 и три Ме-109.
Майор Ф. Д. Елисеев — заместитель командира 520-го иап по политчасти умело направлял партийно-политическую работу в полку и в то же время, как первоклассный летчик, личным примером показывал, как надо бить немецко-фашистских захватчиков.
Летчики 520-го иап под командованием майора С. Н. Чирвы за период Сталинградской битвы провели 125 воздушных боев и сбили 95 фашистских самолетов. Кроме того, 15 самолетов уничтожили на аэродромах. За отличное выполнение боевых заданий полк был преобразован в гвардейский. Командира полка майора С. Н. Чирву командование наградило орденом Красного Знамени и выдвинуло на должность командира авиадивизии. Лучшими воздушными бойцами полка в период Сталинградской битвы являлись майор Д. И. Родин, старшина В. Ф. Виноградов (у них было по 8–9 побед в воздухе), капитан А. А. Ефремов, лейтенант Н. В. Харитонов (на счету по 11–12 сбитых вражеских самолетов) и другие.
Не имея превосходства в воздухе, гитлеровцы вскоре отказались от полетов большими группами и стали шире использовать ограниченно летную погоду, облачность и сумерки. Для прикрытия взлета и посадки транспортных самолетов фашистское командование перебросило в кольцо окружения одну из лучших частей своих истребителей — эскадру «Удет».
Борьба с ней оказалась довольно сложной. Командование 16-й воздушной армии применило способ непрерывного наращивания сил в воздушных боях. Враг был принужден либо вести длительные бои с нашими подменявшими друг друга экипажами, либо уступать нам район боя.
Для усиления обороны аэродромов в кольце окружения фашисты стянули почти всю зенитную артиллерию 6-й армии. Однако эти аэродромы вскоре оказались в пределах досягаемости огня нашей артиллерии. Воздушные разведчики снабдили артиллеристов фотосхемами аэродромов, что позволило вести по ним точный огонь.
Удары нашей авиации по вражеским аэродромам с каждым днем становились все более эффективными. Так, 2 декабря летчики сожгли на аэродромах внутри кольца окружения 17, а 10–13 декабря 87 транспортных самолетов врага. При этом отлично действовали и истребители. 13 декабря 220-я иад уничтожила на аэродромах 10 самолетов, а 26 декабря летчики 520-го иап капитан А. А. Ефремов, сержанты В. С. Зиберов, А. П. Конов, Кривцов, А. М. Мельгунов и М. М. Резников сожгли 8 самолетов Ю-52.
В начале декабря на должность заместителя командующего воздушной армией прибыл полковник И. К. Самохин.
291-я штурмовая авиадивизия была выведена в резерв Ставки. За три месяца боевых действий в условиях сложной обстановки летный состав дивизии, проявляя образцы мужества и героизма, выполнил на штурмовку более 1000 боевых самолето-вылетов, уничтожив при этом большое количество боевой техники и живой силы врага.
В ходе воздушной блокады вражеской группировки большую роль сыграла воздушная разведка, данные которой служили основанием к вызову нашей авиации для уничтожения на аэродромах транспортных самолетов противника. Воздушные разведчики в этот период держали под постоянным контролем окруженные фашистские войска, готовящиеся к прорыву на соединение с группой Манштейна. И это оказалось не напрасным. 10 и 11 декабря летчики обнаружили большое скопление войск противника в районе Большая Россошка, Уваровка, Орловка.