Действия авиации несколько облегчили положение наших войск, но ожесточенные бои у стен Сталинграда не ослабевали. Авиационные части и соединения армии в эти дни испытывали большое напряжение: части выполняли по 2 - 3 вылета в день, а отдельные летчики - по 4 - 5 вылетов в условиях яростного противодействия истребительной авиации врага и его зенитной артиллерии.
Для того чтобы успешно преодолевать завесу истребителей и зенитных средств противника, а также воздействовать на его войска с воздуха продолжительное время, штурмовики наносили главным образом эшелонированные удары группами из 6 - 8 самолетов. "Илы" подходили к цели на высотах 1100 - 900 м. Атака цели велась с пикирования по сигналу ведущего или самостоятельно, в зависимости от характера цели и ее размеров. Сначала цель обстреливалась реактивными снарядами с последующим бомбометанием одиночными бомбами или сериями бомб. С высоты около 400 м экипажи открывали пушечно-пулеметный огонь с расчетом выйти из пикирования на высоте 50 м. Затем штурмовики делали второй заход для атаки цели, образуя замкнутый круг и продолжая таким образом штурмовать цель в течение 18 - 20 минут.
Истребители, как правило, сопровождали штурмовиков до цели и обратно. Стала входить в практику тактика предварительного появления (за 10 - 20 минут) в районе предстоящих действий штурмовиков группы из 4 - 6 истребителей с задачей "очистить" воздух от вражеских самолетов и этим обеспечить штурмовиков.
В последнюю декаду сентября нашей авиации по-прежнему пришлось действовать в крайне тяжелой обстановке: гитлеровцы оголтело рвались к Волге, их авиация всё еще господствовала в воздухе. иад Сталинградом шли ожесточенные воздушные бои. Боевые вылеты наших летчиков следовали один за другим. Каждый вылет, как правило, сопровождался воздушным боем. Потери в летчиках и самолетах были велики с обеих сторон. В связи с этим несколько наших авиаполков были выведены на доукомплектование.
О том, с каким напряжением и мужеством приходилось действовать нашим летчикам в эти незабываемые дни, можно судить по результатам нескольких воздушных боев, проведенных истребителями только одного 434-го авиаполка.
20 сентября семерка "яков", возглавляемая Героем Советского Союза майором В. П. Бабковым, атаковала группу вражеских бомбардировщиков и уничтожила четыре самолета. Из них два сбил майор Бабков и по одному - старшие лейтенанты Ф. Ф. Прокопенко и В. А. Луцкий (ныне генерал-лейтенант авиации, Герой Советского Союза).
21 сентября группа из 12 истребителей под командованием капитана А. И. Якимова встретила 15 Ю-87 под прикрытием 10 Ме-109. Наши летчики решительно атаковали противника, и он недосчитался 7 самолетов, которые уничтожили летчики А. И. Якимов, С. Ф. Долгушин, А. Я. Баклан, А. Д. Анискин и В. И. Гаранин.
22 сентября шестерка истребителей во главе с капитаном И. И. Избинским перехватила немецкие бомбардировщики на подходе к линии фронта и заставила их сбросить бомбы на свои войска. В жаркой схватке противник потерял 3 самолета. Их сбили летчики Н. А. Карначенок, М. А. Гарам и А. П. Шишкин. В этот день погиб лейтенант Н. А. Карначенок. На его счету было 349 боевых вылетов и более 10 сбитых вражеских самолетов. Отважному соколу было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.
23 сентября два звена "яков" под командованием капитана И. Ф. Стародуба завязали бой с 18 бомбардировщиками и 12 истребителями противника. Бой был ожесточенным. 5 немецких самолетов сбили летчики В. А. Луцкий, С. П. Команденко, А. Г. Котов и И. Ф. Стародуб. Сбив "мессершмитт" и израсходовав все боеприпасы, капитан Стародуб решительно повел истребитель на таран "юнкерса". От столкновения оба самолета взорвались в воздухе.
В эти же дни вражеские истребители подожгли в воздушном бою самолет командира 434-го иап Героя Советского Союза майора И. И. Клещева. Попытка сбить пламя не удалась. Клещев выбросился с парашютом и был отправлен в госпиталь.
За период с 14 сентября по 2 октября летчики полка выполнили 611 боевых вылетов, участвовали в 48 воздушных боях и сбили 82 немецких самолета.
К концу сентября в 434-м иап осталось лишь около трети летчиков и боевых самолетов. Личный состав безмерно устал, самолетный парк требовал серьезного ремонта. И в начале октября полк в очередной раз был выведен в тыл на доукомплектование.
Командиру полка майору И. И. Клещеву не удалось дожить до нашей победы. Поздней осенью 1942 г. он трагически погиб при выполнении перелета в сложных метеоусловиях.
В ходе Сталинградской битвы рождались и отрабатывались новые способы боевого применения и тактические приемы нашей авиации. Высокой боевой эффективностью в борьбе с авиацией противника обладали истребительные засады. Руководил организацией истребительных засад лично командующий воздушной армией генерал С. И. Руденко. В одном из своих распоряжений он запретил экипажам, находящимся в засаде, вылетать на перехват истребителей противника. Уничтожать нужно было только вражеских бомбардировщиков и разведчиков.