Перелетев на аэродром Алтухов (под Сталинградом), 812-й ИАП совместно с 520-м ИАП, также находившемся на этом аэродроме, приступил к боевой работе на Сталинградском направлении. Развернувшиеся здесь воздушные бои по своей ожесточенности и большому количеству авиации, задействованной обеими сторонами, сильно отличались от тех условий, в которых сражались летчики на Калининском фронте. Первая потеря полка пришлась на 25 сентября. В воздушном бою был сбит Як-1 сержанта Бориса Квитко. Летчики, никогда до этого не терявшие в боях товарищей, поняли, что враг силён и хорошо подготовлен. Основными противниками полка в этот период были бомбардировщики Ju87 из StG2 и Bf 109 из состава JG3 «Удет».
Наступил октябрь 1942 г., ставший самым тяжелым месяцем того года для 812-го ИАП. Уже 6 октября полковой аэродром Алтухов подвергся бомбардировке восьмерки Ju87 под прикрытием пять Bf 109. На аэродроме было повреждено три Як-1. Через два дня летчикам удалось успешно перехватить группу «лаптежников» из l/StG2 в районе аэродрома. Взлетевшая десятка Як-1 под командованием майора Родина, атаковала строй бомбардировщиков. Командир группы майор Родин (временно переведенный из соседнего 520-го ИАП) длинной очередью сбил один Ju87D (борт, код T6+EL) фельдфебеля Эрнста Грауденца (Fw. Ernst Graudenz).
Опоздавшие к месту боя Bf 109, атаковали истребителей 812-го ИАП. В результате боя был подбит старший лейтенант Лиморенко, а сержанту Коледову пришлось идти на вынужденную из-за отказа двигателя. По докладу летчиков, в бою было повреждено три Bf109. На следующий день полком в районах Конная и Котлубань было сбито три самолета — Bf 109, Ju87 и Ju88. 12 октября три Bf109 неожиданно атаковали пару Як-1, в бою был сбит один «Як» (борт 04). 21 октября полком сбит еще один Ju87. Через два дня в воздушных боях с Bf 109 были сбиты два Як-1, старшины Баранова и сержанта Коплева. Вскоре летчики вернулись в полк. На следующий день в бою четырёх Як-1 против такого же количества Bf 109F, был сбит Як-1 (борт 25) сержанта Кулаева, летчик остался жив. Количество самолетов в полку продолжало сокращаться. Всего же в октябре летчики 812-го ИАП сбили 18 самолетов противника. 10 ноября полк перелетел на аэродром Перфиловский, с которого истребители полка в основном летали на сопровождение групп Ил-2 из 291 — й ШАД. Так, 14 ноября пара капитана Веремеенко, сопровождая пару Ил-2 в районе Клетская, сбила пытающийся атаковать штурмовиков Bf 109. В этот день 9-й штаффель JG3 потерял в воздушном бою Bf 109F-4 унтер-офицера Вернера Розе (Uffz. Werner Rose), имевшего на своём счету пять побед и числящегося пропавшим без вести. Второй за день вылет на сопровождение штурмовиков запомнился тяжелым боем четырёх Як-1 с шестью Bf 109. В результате боя Як-1 (борт 24) сержанта Вахромеева был сбит, летчик выпрыгнул с парашютом. Одним из последних самолетов, сбитых полком на Сталинградском фронте, стал Bf 109F, уничтоженный группой капитана Веремеенко 28 ноября 1942 г. во время сопровождения Ил-2.
Во второй половине этого дня вылетевшие на разведку аэродрома Гумрак два Як-1 наблюдали взлетающие на их перехват Bf 109F, один из которых был на лыжах. Атаковав сверху этот «мессер» и увидев, что тот задымил, пара ушла на свой аэродром. Предстоящая реорганизация и создание истребительных корпусов сказались и на 812-м ИАП. Из полка стали переводить летчиков в другие соединения. Один из ветеранов полка майор Родин был переведен в управление 283-й ИАД. 30 ноября он, уже в составе звена управления дивизии, участвовал в перехвате 17 Ju52, летевших по маршруту Большая Россошка — Ново-Михайловский — Гумрак.