Не менее важным представлялось сосредоточение на избранном направлении мощных сил авиации, тем более что германское командование оценивало сосредоточенную в Крыму воздушную группировку как очень мощную. Впрочем, возможности для маневра соединениями у командования 4-го воздушного флота были довольно скромными — в это время главный удар войск группы армий «Юг» наносился в тыл советскому Юго-Западному фронту, чтобы замкнуть «киевский котел». Фактически к середине сентября IV авиакорпус люфтваффе имел следующий боевой состав: разведывательные эскадрильи 3(F)/121 и З/ObdL на аэродроме Николаева, бомбардировочную эскадру KG 27 в полном составе, штабную эскадрилью и группу II/KG 51 на аэродроме Балта (северная часть Одесской области). Эти бомбардировочные подразделения вели поддержку войск 11–й армии в низовьях Днепра, но, кроме того, совершали большое количество вылетов перед фронтом 4-й армии румын, осаждавших Одессу. Группа I/KG 51 базировалась на румынском аэродроме Zilistea, откуда действовала по советским судам и конвоям на трассе Севастополь — Одесса. Там же базировалась и торпедоносная эскадрилья 1 /KG 28. Штабная эскадрилья эскадры JG 77 и истребительные группы II, III/JG 77 прикрывали войска и переправы через Днепр с аэродрома в Бериславе. Группами командовали довольно известные асы — капитан Anton Mader (19 воздушных побед) и обер-лейтенант Kurt Ubben (36 воздушных побед), а общее число асов в группах достигало десятка. Такими успехами не мог на тот момент похвастаться ни один из противостоявших им летчиков ВВС ЧФ и ВВС 51-й армии. В дополнение к вышеперечисленному с 12 сентября корпус получил в качестве усиления в полном составе эскадру пикирующих бомбардировщиков StG 77 (аэродром Счастливая) и с 14 сентября истребительную эскадрилью 3/LG 2 из состава немецкой авиационной миссии в Румынии. Она прикрыла переправы на Днепре в тот момент, когда все истребители JG 77 перебазировались на аэродром Чаплинка вблизи Перекопа. Всего германская авиагруппировка насчитывала примерно 15—20 разведчиков (без ближнеразведывательных эскадрилий сухопутных войск), около 125 двухмоторных и 75 одномоторных бомбардировщиков, 60—65 истребителей, в общей сложности около 300 боевых самолетов. Это была грозная сила, однако малочисленность истребительной авиации не позволяла немцам установить безоговорочное господство в воздухе, что не могло не отразиться на общем итоге боев.
14 сентября впервые немецкая авиация в дневное время бомбила объекты в глубине полуострова (аэродромы в Армянске и Евпатории), не оставляя у противоборствующей стороны сомнений в том, что ей следует готовиться к еще более разрушительным нападениям. Это хорошо понял адмирал Н. Г. Кузнецов в Москве, но недостаточно четко — командующий флотом Ф. С. Октябрьский, который все еще предпочитал в ущерб общей обстановке сохранять личный контроль за своей авиацией. Он постоянно подчеркивал, что он решает стратегические задачи по бомбардировке нефтепромыслов в Румынии, ведет боевые действия на морском театре и якобы сама Ставка во главе со Сталиным не разрешает ему отвлекаться от решения этих задач. Это не означало, что морские летчики вообще не действовали над сушей, но следует признать, что их боевые возможности использовались не более чем на треть.
Лишь в эти сутки под прямым давлением из Москвы приказом №1/оп командующего ВВС ЧФ В. А. Русакова была создана авиационная группа ВВС ЧФ для непосредственного взаимодействия с 51-й армией. Позднее по названию главной базы — аэродром Фрайдорф — эта группа стала называться Фрайдорфской. Первоначально в ее состав официально включили 3-ю эскадрилью 8-го иап, 5-ю 32-го иап, 95-ю ночную бомбардировочную, 96 и 101-ю отдельные истребительные, частично 16 и 83-ю морские разведывательные — всего 13 И-15бис, 3 И-153, 32 И-16 (половина из них ранних серий с моторами М-25 и двумя пулеметами и лишь 6—7 машин с пушками ШВАК), 7 Як-1, 9 У-26 и 12 МБР-2. Фактически же в состав группы также вошли ранее действовавшие на сухопутном направлении 70-я отдельная баэ (2 СБ, 2 Р-5, 1 Р-10) и часть 46-й ошаэ (3 Ил-2). 14—15 сентября выделенные эскадрильи перебазировались на степные взлетные площадки вокруг Фрайдорфа и начали готовиться к боевой работе.
Импровизация при создании группы не могла не отразиться на ее боевых действиях. Аэродромы эскадрилий являлись простыми ровными участками степи возле деревень, лишенными каких-либо укрытий (в качестве естественной маскировки использовались разделявшие поля лесополосы) и средств ПВО. На рытье укрытий для личного состава ушло восемь дней. Зенитные орудия в количестве пяти на самом аэродроме Фрайдорф появились только 23 сентября. Лишь из-за активности неподавленной советской истребительной авиации немецкие бомбардировщики не проводили дневных рейдов против аэродромов. Самой же большой проблемой являлось отсутствие нормального штаба и средств связи. Для работы в качестве штаба авиагруппы из состава штаба ВВС ЧФ было выделено, кроме командира группы майора А. З. Душина (заместитель командира 9-го иап), лишь три офицера. Свой штаб группа развернула на базе штаба 70-й обаэ во Фрайдорфе. В штабе имелась всего одна радиостанция, так что связь с аэродромами приходилось поддерживать при помощи государственной телефонной сети, вся информация по которой передавалась кодированно. Часто приходилось прибегать к отправке посыльных с одного аэродрома на другой на связном самолете У-2. При такой организации наиболее часто получали задания те эскадрильи, которые базировались непосредственно у самого Фрайдорфа, а отдаленные — гораздо реже. Задачи штаб группы первоначально получал из штаба ВВС ЧФ, который, как оказалось, являлся лишним промежуточным звеном между штабом группы и штабом ВВС 51-й армии. План действий на сутки прибывал только в 4—5 часов утра, и до рассвета штаб авиагруппы просто не успевал довести его до подчиненных подразделений. Только с 25 сентября авиагруппа стала получать задачи от 51–й армии напрямую. Теперь план прибывал в 22—24 часа предыдущего дня, и за ночь можно было успеть качественно подготовиться к его выполнению. Обратной стороной медали стали факты внезапного вмешательства в действия авиагруппы штаба ВВС ЧФ, как правило, связанные с постановкой дополнительных задач на сопровождение бомбардировщиков с аэродромов в южной части Крыма. Нередко свободных истребителей под рукой не оказывалось, и тогда бомбардировщикам приходилось действовать без прикрытия, что сопровождалось большими потерями. Очень затруднена была работа аэродромных служб, поскольку на вооружении группы находились самолеты 10 различных типов.
Первым днем боевой работы Фрайдорфской авиагруппы стало 16 сентября. Накануне вечером внезапным ударом части 22-й немецкой дивизии захватили железнодорожную станцию Сальково в северной части Чонгарского полуострова, чем породили у командования 51-й армии опасения, что главный удар будет наноситься именно здесь. Вот как вспоминал первый день боев командир 3-й эскадрильи 8-го иап К. Д. Денисов: «В 9.20 даю команду на вылет. Поднялись в воздух 4 И-16 и 12 И– 15бис. Над аэродромом Аткачи-Бузав к нам пристроилась группа прикрытия. Держу курс на Новотроицкое, думаю, что если там подходящую цель не обнаружим, то в районе Аскания-Нова она будет наверняка. Но что такое: пройдя Сиваш и оставив справа Новомихайловку, увидел у горизонта стелющуюся по земле полосу пыли. «Да это же движется колонна!» Немедленно даю сигнал приготовиться к атаке.