1942年6月28日，德军对苏军发动了第二次夏季攻势，这次进攻的矛头指向高加索油田和斯大林格勒市。苏联空军又将面对一项新的重大挑战。

斯大林格勒保卫战

　　 1942年11月19日，苏联红军发动了“天王星行动”，即合围斯大林格勒及其周边的轴心国部队。希特勒命令第6集团军不惜一切代价在包围圈内坚守，同时命令陆军元帅埃里希•冯•曼施泰因迅速组织部队展开救援行动。德国空军总司令赫尔曼•戈林也在努力为陷入困境的德军官兵提供航空运输支援，德国空军深深地卷入了这场战役之中。不过，诺维科夫早已准备好开展所谓的“空中封锁”作战，他在斯大林格勒周围划定了四层空中区域，用来拦截德军的运输机群，同时空袭德军机场。激烈的战斗在斯大林格勒上空打响了。

斯大林格勒战役期间，德军被击落的Me 109战斗机

　　 苏军的空中封锁极大地削弱了德军对包围圈内的补给活动，但最终还是依靠苏联陆军挡住了曼施泰因的解围部队，从而全歼了第6集团军。苏军地面部队也攻克了多个德军用来提供空运补给的关键机场。苏联空军的战斗力虽然比1941年时提高了，但仍然存在缺陷。

　　 通过分析，诺维科夫发现，“罪魁祸首”是采用了错误的战术：苏联空军的战斗机飞行员倾向于攻击轴心国的战斗机，从而让敌人的运输机和轰炸机得以通过。虽然击落敌人的战斗机能取得更大的荣耀，但这无法完成阻止敌人空运兵力进出斯大林格勒口袋的任务。尽管如此，德国空军在斯大林格勒的损失还是很惊人的，再加上为了支援埃尔温•隆美尔陆军元帅在突尼斯的最后一战而遭受的进一步损失，在战争剩下的时间里，德军的空运力量基本陷入了瘫痪状态。

1943年：库班大空战和库尔斯克战役

　　随着第6集团军在斯大林格勒的覆灭，轴心国军队在高加索的态势也变得摇摇欲坠。很快，那里的德军撤退了，但仍然在克里米亚以东的库班半岛掌握着一个桥头堡。库班半岛不久将成为1943年初爆发的一场大规模空战的战场，这也将是苏联空军在发展壮大的过程中经受的又一次锤炼和洗礼。

　　 诺维科夫下令，让苏军全体官兵共同努力，掌握库班地区的空中优势，这也让苏联空军迎来了新的挑战。由于改进了指挥控制系统，苏联空军可以在战斗中投入更大的编队了。更多的指挥所、更好的无线电通信系统和更有效的地面控制也使空中部队得到了更好的协调。

苏联空军歼击航空兵第195团的拉-5战斗机，照片摄于1943年5月

　　 在库班大空战中，苏联飞行员还实施了一种新的高度梯队战术，有时也被戏称为“库班书架”，即让不同的梯队飞行在不同的高度上，当德国空军试图拦截飞行高度较低的梯队时，高空梯队的苏军战斗机就可以俯冲下来攻击德军飞机。苏军战斗机的作战重点是截击敌人的轰炸机，以便削弱德国空军支援地面部队的能力，这与德军形成了鲜明的对比：他们的战斗机飞行员为了获得“王牌”称号而大肆狩猎敌军的战斗机。虽然德国人仍旧保持着对己方有利的交换比，但在库班上空，苏联空军表明它从此已经可以挑战德国空军。

　　 下一场大规模空战发生在库尔斯克战役期间，这也是德军在苏德战争中发动的最后一次战略进攻，行动代号“堡垒”。在地面上，德军的计划是让装甲部队突破库尔斯克突出部的南北侧翼，然后进攻并摧毁突出部后方的苏军预备队。德国空军需要在战场上空确保空中优势，并支援地面上推进的部队。德军在库尔斯克战役中投入了大批新型坦克和攻击机，如Hs 129飞机，该机型装备有一门可发射穿甲弹的大口径航炮。由于这场攻势是在夏季进行的，而且从德军机场起飞的飞机的航程可以轻松覆盖整个战场，因此德国空军预计优势在他们这边。

　　 然而，苏联情报部门早已接到情报，库尔斯克将成为德军进攻的地域。为此，苏军地面部队大大加强了在突出部的防御，苏军指挥高层也调来了装甲预备队，以支援突出部的防御作战。苏联空军方面，他们建立了一套伪装机场网络，还对德军阵地和德国空军的基地进行了广泛的航拍侦察。就在德军发起他们的地面突击之前，苏联空军对确认位置的德国空军基地发动了大规模、先发制人性质的空袭。虽然德军的早期预警雷达发现了来袭的苏军飞机，并起飞拦截机击落了它们，所以苏军的空袭基本上失败了，但这一努力也再次证明，苏联空军已经可以发动大编队进攻。

射击中的伊尔-2M强击机，注意后向机枪

　　 最初，德国空军尚能够在“堡垒”行动中完成任务，这是基于过去曾给它带来优势的几个因素：优越的指挥控制体系使德军能够迅速将空中力量集中在前线的决定性地段之上，外加较快的作战节奏和较多的飞行架次数。然而，随着战斗的进行，德军的体系崩溃了，他们损失的飞机越来越多，战损和飞行员疲劳降低了作战频率。与此同时，苏联空军的抵抗日渐增强，德军地面部队发现自己遭受的空袭越来越多。

　　 转折点发生在7月12日，这一天，苏军发动了对奥廖尔的反攻，攻击了德军的北部侧翼。德军指挥高层将德国空军部队撤出了还在发动进攻的南翼（当时南方集团军群指挥官冯•曼施泰因元帅正在获得这些空军部队的支援）以帮助维系北翼奥廖尔地区濒临崩溃的战线。7月17日，希特勒下令，彻底终止“堡垒”作战。

苏联空军雅克-3战斗机的飞行员和地勤人员

　　 库尔斯克战役通常被认为是德军在东线战场最后一次获得决定权的机会。在苏军方面，击败德军的一大原因是在库尔斯克-奥廖尔战役中苏联空军获得的优势。这也标志着，苏联空军从此以后可以正面对抗德国空军并赢得胜利。德国空军却越来越陷入了担任紧急“救火队”的状态，其飞机只能在前线发生的每一场危机中来回奔波。

组织编制

　　 在整个1941年，苏联空军发现自己无法将大批飞机集中在空中使用。由于可用的飞机数量损失惨重，这种“无能为力”让原本集中兵力可能带来的优势荡然无存。苏联空军调整自身的组织编制也反映了这一现实。苏联空军的团（这是苏联空军开展战役机动和战斗的基本单位）的规模缩小了，大多缩减到了中队大小。 这也使指挥官能更容易地控制部队的行动。