Тыл 16-й воздушной армии к 4 сентября имел 3 района авиационного базирования (23, 35, 80-й РАБ), 2 автотранспортных батальона, 3 головных авиационных склада, армейский склад боеприпасов, 2 инженерно-аэродромных батальона и 17 батальонов аэродромного обслуживания (бао). Кроме того, тылу армии был придан 78-й РАБ, находившийся в некомплекте и не имевший опыта обслуживания авиачастей. Тыл армии был укомплектован транспортными автомашинами на 87 %, спецавтотранспортом на 67 %, тракторами на 41 %. В целом тыл воздушной армии еще не был организован, и в его работе с началом боевых действий возникало немало трудностей.
Войдя в состав Сталинградского фронта, 16-я воздушная армия сразу же стала привлекаться к выполнению ряда боевых задач — ведению воздушной разведки, прикрытию войск на поле боя и переправ через Волгу, нанесению штурмовых ударов по наступавшим фашистским войскам.
Однако воздушная армия в это время еще не могла действовать в полную силу. Авиадивизии были недостаточно укомплектованы личным составом и самолетами. Например, 228-я шад к началу сентября была укомплектована самолетами на 33 %. Летный состав, прибывавший из учебно-тренировочных и запасных полков, не обладал боевым опытом; части имели плохую связь друг с другом, со штабом армии и войсками фронта, их взаимодействие отработано не было. Тем не менее авиаполки армии выполняли поставленные им задачи. Летчики по прибытии на новое место дислокации вскоре шли в бой, совершая по нескольку боевых вылетов в день при отсутствии минимально необходимых средств обслуживания и специалистов. После боевого полета они помогали техникам готовить самолеты к следующему вылету и часто сами ремонтировали поврежденную материальную часть.
Но и в этих трудных условиях летчики проявляли образцы мужества и беззаветного служения Родине.
12 августа 688-й шап получил задачу нанести удар по аэродрому Обливская, где базировалось до 100 фашистских самолетов. Командир полка вскоре после вылета из-за неисправности мотора вернулся, и командование принял штурман полка старший политрук М. Г. Скляров. Налет на аэродром противника полк под руководством Склярова выполнил блестяще: было уничтожено около 50 вражеских самолетов. Группа штурмовиков возвратилась без потерь.
17 августа штурмовики 688-го шап нанесли мощный удар по скоплению вражеских танков в районе Абганерово. На поле боя осталось несколько десятков уничтоженных и поврежденных танков. Значительную часть их уничтожили летчики эскадрильи старшего лейтенанта А. И. Кадомцева.
22 августа группа штурмовиков этого же полка под командованием лейтенанта И. С. Богачева выполняла задачу по разрушению переправы через Дон у населенного пункта Нижний Акатов. В районе цели штурмовики были атакованы истребителями противника. Самолет Богачева загорелся в воздухе. Предпочтя смерть плену, лейтенант Иван Богачев повторил подвиг капитана Гастелло — на горящем самолете он врезался в переправу и разрушил ее. Летчик-герой погиб, но задание было выполнено.
На другой день капитан И. П. Моторный, следуя во главе шестерки «яков» 512-го иап, в районе хутора Вертячий встретил более 60 самолетов противника и, несмотря на численное превосходство, смело вступил с ними в бой, сбил 2 вражеских истребителя.
В ходе формирования 16-й воздушной армии политорганы проводили огромную работу с новым пополнением.
Офицеры политотдела армии выезжали в летные и тыловые части, где помогали устранять недостатки, разъясняли задачи воинов в предстоящих боевых действиях и требования приказа Верховного Главнокомандующего № 227. С руководящим составом полков и дивизий проводились семинары на темы: «Защита Отечества священный долг перед Родиной», «Ни шагу назад», «Дисциплина Красной Армии», «Подвиг 28 гвардейцев-панфиловцев» и другие. В частях проходили собрания партийно-комсомольского актива, на которых выступали командиры и политработники с докладами о ходе боевых действий и предстоящих задачах, а также партийно-комсомольские собрания, на которых обсуждался вопрос об авангардной роли коммуниста и комсомольца в бою. Особенно целеустремленно проводилась политическая работа в 228-й штурмовой и 220-й истребительной авиадивизиях, где начальниками политотделов были Ф. П. Панкин и Топоров.