1942年春季以後，蘇軍先後在克里木半島和哈爾科夫敗北，再次喪失戰略主動權。雙方的爭奪重心改在了斯大林格勒。
當時的斯大林格勒已經是蘇聯重要的工業中心，有126家工業企業，其中包括29家全國性國營企業，最負盛名的是斯大林格勒拖拉機廠，提供的拖拉機佔全國擁有量50%以上；其他大型工廠還有“紅十月”工廠（筆者注：年產鋼和鋼材130萬噸）、“街壘”工廠、造船廠、發電站等。同時，城市還是巨大的交通樞紐，幾條幹線通往中亞和烏拉爾地區，其中至關重要的就是經過此地連線蘇聯中央地區和高加索地區的運輸幹線，巴庫石油輸送就靠這條幹線，戰略意義可見一斑。
1941年6月斯大林格勒地圖
1941年6月城市地圖說明
1 – 斯大林格勒拖拉機廠
2 – “街壘”火炮工廠 3 – 第2麵包廠
4 – “紅十月”鋼鐵廠 5 – 油庫
6 –拉佐爾化工廠 7 – 馬馬耶夫岡
8- 上葉利尚卡 9– 航空學校和軍營 10 – 機場
11 – 斯大林格勒車站 12 – 渡口 13 – 酒廠
14 – 郵政局 15 – 紅斯洛博達 16 – 彈藥廠
17 – 監獄 18– 中央百貨大樓 19- 米尼納郊區
20– 電梯廠 21 – 罐頭廠
斯大林格勒會戰爆發時，德軍投入了第6集團軍，兵力27萬餘人，裝備火炮3000門、坦克500輛，空中支援有第4航空隊近1200架飛機。而與之對峙的斯大林格勒方面軍僅有16萬人，裝備火炮2200門、坦克400輛，所屬空軍第8集團軍僅有飛機300架（7月17日有飛機454架），為了加強該集團軍，調來了遠端航空兵轟炸機150-200架以及國土防空殲擊航空兵第102師近60架飛機。即便如此，德軍飛機數量依然比蘇軍多出一倍。
戰爭之初，斯大林格勒基本沒有受到戰爭影響，隨著戰事的發展，1941年10月23日成立了城市的城防委員會，管轄範圍西起麥德韋季察河及頓河左岸，東到伏爾加河，南抵阿斯特拉罕。在1941年冬季，只有單架敵機對城市進行襲擾。1942年4月22日夜晚，城市遭遇了第一次大規模空襲，持續了3小時22分，約有50架敵機參加了空襲。一夜之間，德軍僅在拖拉機廠附近就投下1500枚燃燒彈與爆破彈，城市發生19起大火。
為了增強城市防空力量，1942年6月蘇軍在原先的師級防空地域基礎上建立了斯大林格勒軍級防空地域（軍長E.A.賴寧上校），轄7箇中口徑高炮團、2個小口徑高炮團、7個獨立高炮營、6列防空裝甲列車、2個獨立高機營、7個獨立高機連、19個獨立高機排、1個氣球營、1個探照燈團、6個獨立對空情報營和1個獨立情報無線電連，另殲擊航空兵第102師也隸屬；整個防空地域裝備高炮532門、高射機槍471挺、探照燈165部和殲擊機85架，以及50門76毫米加農炮和220門反坦克炮。
而防空地域下轄的防空殲擊航空兵第102師於1941年11月在斯大林格勒成立，最初裝備伊-153和伊-16殲擊機，下轄防空殲擊航空兵第439團和第788團。
5月25日，防空殲擊航空兵第439團科茲洛夫中尉在羅斯托夫州米留丁斯卡亞高度8000米發現德軍1架容克-88轟炸機，在進行兩輪攻擊後未將敵機擊落。當進行第3輪攻擊時，3挺機槍卻全部“沉默”。情急之下，他徑直駕駛飛機向對方撞去，將敵機機尾撞掉了四分之三。在撞擊瞬間，他暫時失去了知覺。在恢復意識後，他將飛機迫降在農田裡，自己也被當地農民搭救，而且農民們還找到了德國飛機殘骸。
連結-Н.А. Козлов科茲洛夫
1917年4月30日出生在白俄羅斯維捷布斯克州，1927年全家遷往列寧格勒。1937年畢業於列寧格勒飛行俱樂部，1938年11月加入蘇聯紅軍，1940年畢業於楚古耶夫斯基軍事航空學校。
衛國戰爭爆發時，服役於西部特別軍區殲擊航空兵第162團，6月23日駕駛伊-153殲擊機擊落德軍1架Bf-110戰鬥機。8月20日，所在部隊調到布良斯克地區作戰。9月24日，他在布良斯克火車站上空空戰中由於米格-3殲擊機機槍故障，採取撞擊方式擊落德軍1架容克-88轟炸機。
1942年3月，調任防空殲擊航空兵第439團副大隊長，5月25日再次撞擊擊落德軍1架容克-88轟炸機。7月任防空殲擊航空兵第788團大隊長，在斯大林格勒戰役中共擊落敵機7架。1943年2月14日獲得蘇聯英雄稱號，同年8月任殲擊航空兵第907團團長。戰爭期間共執行630架次作戰任務，空戰130次，擊落敵機23架-單獨擊落17架。
戰後1948年畢業於利佩茨克空軍高階軍官學校，1950-1952年任防空近衛殲擊航空兵第15團團長，1954年畢業於總參軍事學院，之後任在中亞的殲擊航空兵第37團團長，1957-1960年任莫斯科防空區防空第52集團軍副司令，1960-1962年任莫斯科防空區航空兵部隊副司令。1962年12月-1965年5月任華約在保加利亞空軍與防空軍代表，負責保加利亞空軍與防空軍指揮。1965-1968年任在白俄羅斯的獨立防空第2集團軍副司令，1968-1976年任防空軍負責作戰訓練的副司令，1976年5月晉升空軍上將軍銜，2005年7月11日在莫斯科去世。先後獲得過列寧勳章、2枚紅旗勳章、2枚一級衛國戰爭勳章、3枚紅星勳章、亞歷山大-涅夫斯基勳章以及波蘭和保加利亞勳章等。
戰後的科茲洛夫空軍少將
5月，敵機襲擾297架次，共投彈270枚。7月12日，德軍6架容克-88轟炸機襲擊了鐵路樞紐莫羅佐夫斯克，殲擊航空兵第102師出動多批殲擊機前去追擊，不過沒有收穫。7月14日，蘇聯最高蘇維埃主席團通過決議，宣佈斯大林格勒州進入戰爭狀態。
7月22日夜間，德軍又一次對城市進行空襲，18架飛機突破防空火力扔下40枚爆破彈，轟炸目標是拖拉機廠和工人住宅區，造成21人死亡85人受傷。整個7月，德軍空襲多在夜間，一般出動20-45架的機群，飛行高度2000-2500米。防空殲擊航空兵第102師由於部分飛行員缺少實戰和夜戰經驗，雖然進行了47次空戰，但只擊落了17架敵機。
1942年8月16日起，斯大林格勒軍級防空地域隸屬於東南方面軍指揮（後改編為斯大林格勒方面軍），下轄高射炮兵第748、1077-1080團、1082-1083團、1087-1088團，獨立高炮第82、85、93、106、188、267、284、296營，獨立高炮裝甲列車第136-137營，探照燈第43團，防空殲擊航空兵第102師（防空殲擊航空兵第439、572、629、651、652、731、788團）。10月有6個獨立高炮裝甲列車營-72、137、140-142、144營。11月下轄近衛高炮第73團，高炮第748、1077、1079、1080、1082、1083團，獨立高炮第82、106、188、267營，獨立高炮裝甲列車第72、122、126、132、137、141、142、182營，防空殲擊航空兵第102師（防空殲擊航空兵第572、629、652和788團）。
1942年8月23日防空軍在斯大林格勒部署圖
部署圖說明
防空第1分割槽：高射炮兵第1077團
防空第2分割槽：高射炮兵第1078團
防空第3分割槽：高射炮兵第1079團
防空第4分割槽：高射炮兵第748團，獨立高射炮兵第82和第188營
防空第5分割槽：高射炮兵第1080團
防空第6分割槽：高射炮兵第1082團
防空第7分割槽：高射炮兵第1083團，獨立高射炮兵第85和第267營
8月6日，為了加強伏爾加河阿斯特拉罕到薩拉托夫區段航運防空問題，從防空軍抽調了9門37毫米高炮、58挺高射機槍等，同時指派駐紮在弗拉基米羅夫卡和杜博夫卡的16架殲擊機掩護船隻。
8月15日，德軍出動21架He-111轟炸機企圖炸燬斯大林格勒機場，守衛機場的高射炮兵第1079團英勇奮戰，擊落敵機6架，機場未遭到嚴重破壞。
8月23日在斯大林格勒城北接近地，防空軍高射炮兵第1077團（筆者注：負責掩護拖拉機廠）在沒有步兵協助下與德軍交戰兩天，毀傷敵坦克83輛、軍車15輛，殲敵3個營，擊落敵機14架。這一天，防空軍部隊（10個高炮團和殲擊航空兵第102師-3個團，之後得到86架飛機增援）擊落敵機近120架，當天德軍共出動了2000多架次。
8月23-8月29日德軍連續對城市進行空襲，僅8月23日-8月25日就造成如下破壞：拖拉機廠廠區發動機車間南部、鍛壓車間、工具車間和裝備車間；街壘區：主要車間都被炸燬；紅十月區：被炸燬機械車間、鍛壓車間和1號車間；葉爾曼區：全區90%樓房被毀；伏羅希洛夫區：中心區域90%樓房被毀。整個造成人員傷亡2200餘人。德軍的轟炸使得城市自來水管、輸電網、電話站停工停產，車站和碼頭被炸燬。
8月23日的空襲從莫斯科時間下午16時18分開始，德軍先後出動2000多架次。雖然在這一天蘇軍防空部隊英勇作戰，一共擊落了120架敵機，但未能粉碎敵機對城市的大規模空襲，原因在於德軍航空兵投入兵力較大，分散了防空部隊力量；而且由於城市較大且被分割成不同的作戰區域，使得防空火力無法集中。
德軍對於城市的大規模空襲，給蘇軍造成很大困難，戰時的斯大林格勒方面軍司令員葉廖緬科在其回憶錄中寫道：“許多情況我在國內戰爭中已經歷過，但是8月23日我們在斯大林格勒看到的情況就像噩夢一樣使我們驚悚。炸彈爆炸形成的煙火時而在這裡，時而在那裡騰騰昇起。大火從油庫區衝上天空，又落下來變成火海，放出苦澀、刺鼻的濃煙。燃燒的石油和汽油流到伏爾加河，河面在燃燒，斯大林格勒港口的輪船在燃燒，大街和人行道上的瀝青發出惡臭，電線杆像火柴一樣瞬間起火。。。斯大林格勒的整個土地發怒了，發黑了，就像一場可怕的颶風襲擊了這個城市，把它掀起來，再把一座座大樓的碎磚破瓦拋到廣場和大街。空氣變得炙熱難聞，呼吸感到困難。各種各樣的聲音極不協調的匯成了無法想象的喧囂，震耳欲聾。。。”。而在城市的最高統帥部大本營代表華西列夫斯基由於電報和電話等通訊網被破壞，只好兩次利用廣播電臺和斯大林進行簡短通話，直到23日深夜高頻電話線修復後才想最高統帥斯大林作了詳細報告和提出了要求。
對於8月份的危急局勢，蘇軍戰後的戰史這樣描寫：“在1942年8月17-23日的7天的防禦戰中，空軍與防空軍的殲擊航空兵部隊主要用於掩護轉運站、倉庫、火車站等目標的空中安全。為了完成任務，一般派出4 -6架的殲擊機機機群。他們頻頻進行空戰，以儘可能減少在戰鬥機護航下的敵軍轟炸機群對我軍的空襲。
然而，由於缺少足夠數量的殲擊機，以及距離作戰地域至少100公里，使得在此期間空軍第8集團軍掩護前線部隊一共只出動了596架次（平均每天85架次） 。防空殲擊航空兵第102師在整個8月份執行3460架次作戰任務（平均每天100架次），擊落敵機146架。但是，敵軍空軍卻每天出動了1000-1500架次，使得敵軍空軍在此地域牢牢掌握了控制權”。
9月4日，高射炮兵第1087團在伏爾加河河口一帶激戰，殲敵1個步兵團，擊毀敵坦克10輛和飛機數架。
9月13日-11月18日，德軍出動1420架次和220次空襲轟炸斯大林格勒附近鐵路樞紐，防空部隊擊落敵機150架。
9月14日，德軍在第62和第64集團軍結合部突破了蘇軍防禦，雙方在城市大街和廣場進行了激烈的爭奪戰。蘇軍的步兵第244師、近衛步兵第35師和獨立步兵第42旅堅守著每一座樓房。他們的防禦作戰得到了方面軍炮兵群、防空區建制內的高炮部隊以及伏爾加河區艦隊的火力支援。
在城市激戰的同時，德軍還不斷轟炸蘇軍往斯大林格勒方面軍運送部隊和軍用物資的軍用列車，企圖破壞蘇軍戰役運輸計劃。例如對烏爾巴赫-阿斯特拉罕鐵路和薩拉托夫樞紐站德軍在7月份只有空襲20架次，投彈32枚；而到了10月份，出動了1026架次進行空襲，投彈3232枚。為了保證物資運輸暢通無阻，蘇軍加強了防空措施，9月份抽調了90架殲擊機擔任巡邏和與敵機群作戰，其中60架活動在克拉斯特內庫特-阿斯特拉罕地段，另30架飛機活動在上巴斯昆恰克-斯大林格勒地段；同時還抽調了6個85炮連、2個37炮連、8輛防空裝甲列車和4個高射機槍排。總體來說，儘管德國空軍竭盡全力，卻始終未能使由烏拉爾斯克經烏爾巴赫至阿斯特拉罕的斯大林格勒方面軍唯一的一條鐵路線中斷！
根據蘇軍統計，斯大林格勒軍級防空地域在1942年7-12月共殲敵10個團，消滅敵機699架（高炮部隊擊落370架、空戰擊落329架）、坦克173輛、壓制炮連50個，1944年9月番號改為紅旗斯大林格勒防空第9軍。防空地域所屬的防空殲擊航空兵第102師1943年3月31日番號改為防空近衛殲擊航空兵第2師。