В последующие дни воздушная армия, содействуя войскам фронта, наносила штурмовые удары по живой силе и танкам противника, сосредоточенным северо-западнее Сталинграда в районах Кузьмичи, Древний Вал, разъезд Конный.
За период 5–8 сентября летчики армии произвели 688 самолето-вылетов, из них свыше половины на уничтожение живой силы и техники противника, провели 21 воздушный бой, сбили 21 вражеский самолет. Летчики 283-й иад 8 сентября приступили к прикрытию войск фронта, аэродромов, тыловых объектов и города Камышина.
Бои в эти трудные дни для только что созданной 16-й воздушной армии были серьезным испытанием. Летный состав армии выдержал это испытание и продемонстрировал в боях с превосходящими силами вражеской авиации беспредельное мужество и зрелое мастерство.
Командир 237-го иап майор А. Б. Исаев только за первые дни боев сбил 5 самолетов противника.
7 сентября семерка штурмовиков во главе с командиром эскадрильи капитаном П. С. Виноградовым наносила удар по танкам и мотопехоте врага на поле боя. Во время атаки группа была обстреляна сильным огнем зенитной артиллерии и атакована четверкой истребителей Ме-109. Виноградов сумел быстро развернуться на противника и на глазах наших пехотинцев мощным пулеметно-пушечным огнем сбил два вражеских самолета. Вторая пара фашистских истребителей поспешно скрылась. Виноградов был ранен, самолет его поврежден, но он привел свою группу на аэродром. За умелые действия в бою и проявленный при этом героизм капитан П. С. Виноградов был награжден орденом Ленина. Приказом Наркома обороны ему было присвоено звание подполковника. Отважный летчик вскоре вступил в командование 694-м штурмовым авиаполком.
Особенно напряженной была боевая деятельность воздушной армии 8 сентября. Летчики одной только 291-й шад, совершив 83 боевых самолето-вылета, вывели из строя 51 танк, 15 бронемашин, 199 автомашин, 25 орудий и уничтожили 700 вражеских солдат. Истребители 220-й и 283-й иад провели 6 воздушных боев и сбили 8 самолетов врага.
Беспримерный подвиг в этот день совершил молодой пилот Б. М. Гомолко. Группа в составе 10 истребителей во главе с командиром 520-го иап майором С. Н. Чирвой, перелетавшая на передовой аэродром, неожиданно встретила 10 вражеских бомбардировщиков Хе-111. Несмотря на то что молодые пилоты еще ни разу не встречались с врагом, майор Чирва, веря в своих питомцев, решил атаковать противника. Старший сержант Гомолко смело врезался в строй самолетов противника и сбил один бомбардировщик. Израсходовав в последующих атаках боеприпасы, будучи раненным, пилот пошел на таран. Винтом своего самолета он отрубил хвостовое оперение второму бомбардировщику, после чего покинул неуправляемый истребитель. Спускаясь на парашюте, Гомолко приготовился к бою с фашистскими летчиками, также воспользовавшимися парашютами. Одного он застрелил при попытке оказать сопротивление, а другого взял в плен и доставил в штаб своего авиаполка. Вскоре старший сержант Б. М. Гомолко за храбрость получил звание лейтенанта и был награжден орденом Ленина. В этом же бою сбили по одному бомбардировщику майор С. Н. Чирва, лейтенант Н. В. Харитонов и сержант В. П. Вусиков.
9 сентября воздушный таран был совершен командиром эскадрильи 563-го иап, членом парткомиссии воздушной армии батальонным комиссаром А. В. Обориным. В паре с лейтенантом В. А. Орешиным он прикрывал войска в районе Ерзовки, когда их атаковали 6 Ме-109. В воздушном бою Оборин и Орешин сбили один «мессершмитт», но схватка продолжалась. Израсходовав боевой комплект, батальонный комиссар Оборин пошел на таран и уничтожил второй немецкий истребитель. На поврежденном самолете Оборин благополучно произвел посадку на своем аэродроме.
10-12 сентября летчики воздушной армии продолжали наносить удары по врагу в районах высот 139,7, 145,5, 137,2, хутора Бородкин и балки Сухая Мечетка. Стремясь сократить свои потери, командование армии начало применять крупные группы штурмовиков под сильным прикрытием истребителей. За три дня на уничтожение войск противника было произведено 608 боевых самолето-вылетов. В эти дни хорошо действовали группы под командованием М. Г. Склярова, Г. И. Копаева, П. П. Поспелова, Н. И. Лунева и И. Ф. Бибишева (228-я шад), а также А. Г. Наконечникова, А. А. Курникова и С. И. Винника (291-я шад). Штурмовики уничтожили 86 танков, 186 автомашин, 20 орудий и минометов и много другой боевой техники. Летчики-истребители провели 23 воздушных боя и сбили 15 вражеских самолетов.