В начале ноября 1942 г. полк отвели с фронта для восполнения потерь в личном составе и переучивания на новую технику — истребители Ла-5. 15 декабря полк вернулся на фронт, в район севернее Сталинграда. Зимой 1942–1943 г. летчики полка занимались в основном «свободной охотой» на самолеты, снабжавшие по воздуху окруженную в Сталинграде 6-ю армию Паулюса. За этот период летчики полка сбили 45 самолетов противника, шесть из них сбил лично командир.
Одним из самых успешных дней в ходе Сталинградской битвы для летчиков 5-го ГИАП стало 10 марта 1943 г. Зайцев во главе шестерки Ла-5 патрулировал воздушное пространство над линией фронта. В ходе патрулирования летчики обнаружили три самолета-корректировщика Fw-189. Сначала пилоты Ла-5 разбили строй «рам», после чего каждой «рамой» занялась в индивидуальном порядке пара «Лавочкиных». Все три Fw-189 были сбиты. В это время командир получил по радио просьбу прикрыть пару Ил-2 от атакующих штурмовики немецких истребителей. Штурмовики попали под удар редчайших в то время на Восточном фронте Fw-190. Зайцев со своим ведомым Княченко устремился на помощь.
Отразив атаку фоккеров на Ил-2, пилоты Ла-5 обнаружили группу пикирующих бомбардировщиков Ju-87, «лаптежники» шли без эскорта истребителей. Зайцев сбил две «штуки», а его подчиненные — еще пять. К августу 1943 г. Зайцев выполнил 299 боевых вылетов и сбил 22 самолета противника. Указом от 24 августа 1943 г. Зайцев стал дважды Героем Советского Союза.
В сражении за Харьков люфтваффе предприняли попытку установить утраченное господство в воздухе путем разгрома советской авиации на аэродромах. Межу 15 и 19 августа было поведено несколько массированных налетов, в которых принимали участие 30–40 бомбардировщиков и по 20–30 истребителей прикрытия. Только 17-го числа летчики 5-го ГИАП выполнили 96 боевых вылетов и провели пять воздушных боев, в которых было сбито 17 и повреждено пять самолетов противника.
За пять дней напряженных боев полк потерял шестерых летчиков убитыми, еще двое получили серьезные ранения. Иначе говоря, полк лишился четверти личного состава. Потери в самолетах были еще более существенными. Потери, однако, не помешали одержать в эти дню юбилейную 500-го победу. С фронта полк сняли для отдыха и пополнения в сентябре 1943 г. Летчики получили истребители Ла-5ФН. После выполнения месячной программы переучивания, полк вернулся на фронт, где принимал участие в боях за Киев и Запорожье 5 апреля 1944 г. Зайцев получил назначение на должность заместителя командира 11-й ГИАД, но продолжал довольно часто выполнять боевые вылеты со своими старыми однополчанами. Последнюю победу ас одержал на Ла-7 в феврале 1945 г. над Дрезденом. За время войны Василий Зайцев выполнил 427 боевых вылетов, провел 163 воздушных боя, сбил 34 самолета лично и 19 — в группе, еще два самолета уничтожил на земле.
Один из первых советских асов также сражался в составе 5-го ГИАП — Василий Ефремов. Ефремов стал асом еще в ходе зимней войны с Финляндией, на которой он сбил семь самолетов противника. В июне 1941 г. Ефремов служил в 133-м ИАП, но через несколько недель после начала войны его перевели в 129-й ИАП. К моменту преобразования полка в гвардейский, Ефремов выполнил 172 боевых вылета и добавил к семи «финским» победам еще пять сбитых самолетов люфтваффе. 5 мая 1942 г. капитан Ефремов стал Героем Советского Союза. Несколькими неделями ранее, 21 марта, Ефремов принимал участие в эпическом воздушном сражении. Пятерка ЛаГГов патрулировала воздушное пространство в районе Гладово — Тарутино, прикрывая наземные войска. Сюда же вышла группа из 30 германских бомбардировщиков. В первой волне шли Ju-88, за ними — Не-111 и замыкали строй пикировщики Ju-87. Опытный ас организовал атаку пятерки истребителей со стороны солнца, на пикировании. В первом заходе ЛаГГи сбили два Не-111. Остальные Хейнкели спешно освободились от бомб и встали в оборонительный круг. К месту боя подтянулись германские истребители.
Ефремов с двумя летчиками связал боем мессершмитты, а пара ЛаГГов продолжала терзать бомбардировщики. Ефремов сбил один Bf. 109, Лавейкин — Bf.110, а Журин тем временем зажег еще один бомбардировщик. ЛаГГи вышли из боя, полностью израсходовав боекомплект. Летчики 5-го ГИАП сбили семь вражеских самолетов без потерь со своей стороны. За боем наблюдали с земли, поэтому все сбитые были подтверждены. Этот бой в немалой степени повлиял на присвоение Ефремову воинского звания майор и назначению его на должность комэска.