Роль поддерживающей пехоту на поле боя силы все более переходила к авиации СОРа. Весьма характерна телефонограмма, посланная генералом Петровым в штаб 40-й кавалерийской дивизии во второй половине дня 20 декабря: «Сдерживать, сколько можно. Использовать выгодные рубежи. Утром 21-го ожидайте поддержку. Пока помогу самолетами». И помог! В этот день для ударов по противнику было совершено беспрецедентное количество вылетов: 15 Пе-2, 5 ДБ-3, 20 Ил-2 и 45 на сопровождение ударных машин, из которых 18 выполнили И-16, которые также штурмовали войска противника пулеметным огнем и «эрэсами». Впервые с начала штурма была предпринята попытка задействовать бомбардировщики ВВС ЧФ с Кавказа. Первая группа в составе шести ДБ-3, которая должна была атаковать войска в Бельбекской долине, на маршруте попала в густую низкую облачность и была вынуждена вернуться. В 12.05 другая восьмерка бомбардировщиков все-таки смогла пробиться к Севастополю и сбросить с высоты 1200 м 56 ФАБ-100 на немецкие и румынские подразделения, изготовившиеся к наступлению в районе Чоргуня. Только штурмовики уничтожили за день танк, две танкетки, 21 автомашину, семь зенитных орудий и вывели из строя до двух пехотных батальонов.
Немецкая авиация действовала менее активно. За день в воздухе над СОРом смогли насчитать только 29 пролетов вражеских самолетов, которые атаковали наши войска в районе селения Камышлы и станции Мекензиевы горы. Вечером несколько бомбардировщиков попытались бомбить Севастополь, но были перехвачены воздушным патрулем. Один Ju-88 сбила пара Алексеев — Бабаев, летавшая на «яках», второй — ст. лейтенант Шилкин, стартовавший на единственном исправном «миге».
Интересная запись о воздушном бое в эти сутки содержалась в журнале боевых действий эскадрильи 2/KG 27:
«После многих дней нелетной погоды сегодняшнее прояснение позволило нам опять летать. Эскадрилья направила три самолета для атаки батарей и полевых позиций под Севастополем. До гор Яйла нас прикрывала облачность, находившаяся на высоте 300 м. Вдруг перед самой целью защита облаков резко разорвалась. Сверкающей голубизной перед нами открылось Черное море. В этом случае нам оставалось одно: набрать высоту! В то время как мы южным курсом шли в сторону Черного моря, над Севастополем начали набирать высоту первые истребители. Но они не пошли за нами в сторону моря, а держались над юго-западной частью Крыма. Затем на 3000 м последовал заградительный зенитный огонь базы, при этом русские истребители, не обращая внимания на облачка разрывов, начали пикировать на наши самолеты. Тем временем мы уже уложили наши бомбы на батареи и оборонительные позиции юго-западнее города. При этом одна 250-килограммовка немедленно заставила замолчать тяжелую зенитную пушку. Другие бомбы легли на фортификационные и полевые позиции поблизости от города.
Теперь мы пикировали под защиту облачности, поскольку нас преследовал рой истребителей. Для этого у нас была достаточно высокая скорость, радист, бортмеханик и стрелок вели огонь по русским бипланам. Несмотря на то что русские устремились за нами, догнать немецкие самолеты они не смогли. Они стреляли по нам с большого удаления. Наконец мы были в облаках. Оставшиеся «с носом» истребители шли за нами. Они были достаточно хитры и караулили нас сверху. Ну ничего, пусть парни поищут нас в облаках!»
Не все вылеты завершались настолько успешно. Пилот Г. Рейф (Н. Reif) из эскадрильи 3/KG 27 докладывал: