Для восполнения потерь, понесенных авиацией Сталинградского фронта, к 6 октября 1942 г. с Западного фронта были переброшены 901-й и 702-й нбап. Началась их интенсивная боевая работа севернее Сталинграда в составе 16-й ВА. В это время, помимо бомбардировочных и транспортных рейсов, полки У-2, когда это требовала оперативная обстановка, барражировали над позициями противника, стрекотанием своих М-11 маскируя шум транспортных судов, доставлявших войска и грузы на правый берег Волги, в 62-ю армию. Сбрасывая осветительные бомбы, подсвечивали передний край перед нанесением артиллерийско-минометного удара по обороне противника.
Возможно, что эффективность действий, проявляемая экипажами полков У-2, способствовала тому, что командование ВВС КА выделяло их среди прочих авиаполков, уделяя им несколько большее внимание.
С началом контрнаступления Сталинградского и Донского фронтов скверная погода приковала истребители люфтваффе к земле и позволила полкам У-2 действовать днем. Основным заданием для них в это время стала разведка — для определения положения своих войск, а также войск противника и уточнения линии фронта. У-2 оказал войскам неоценимую помощь. Садясь в расположении своих частей, экипажи уточняли обстановку и передавали сведения о положении «соседей», координируя тем самым взаимодействие наступающих частей.
Помимо этого, экипажам У-2 стали поручать задачи блокирования немецких аэродромов внутри «кольца», поскольку люфтваффе перешли к переброске грузов 6-й армии в темное время суток. В одну из таких ночей пулеметный огонь пары У-2 271 — й нбад «приземлил» заходивший на посадку… Ю-52.
15 декабря 1942 г. самолеты 271 авиадивизии уничтожили в поселке Опытное Поле продовольственный склад. Окруженные румынские части, оставшиеся без продовольствия, не смогли долго сопротивляться и через три дня сдались.
Следует отметить, что в 1942 г., вплоть до октября, ВВС придерживались следующей методики организации боевой работы: наскоро сформированный истребительный (штурмовой) полк отправлялся на фронт, где воевал до тех пор, пока не исчезал в «котле войны» (много времени для этого не требовалось — неделя-другая, как это было под Сталинградом, в лучшем случае недели три), после чего оставшийся летный состав и весь технический убывали в тыл, в тот или иной эап, а дальше — как повезет, но не всегда удавалось сохранить «костяк» авиачасти, самых опытных летчиков и командиров. Да и сама авиачасть, отведенная в эап, назад, на «старый» участок фронта, как правило, не возвращалась. Подобная постановка дела подвергалась критике — за свое недолгое существование авиачасть не успевала сплотиться, командиры и штаб — приобрести боевой опыт, летный состав — освоиться с «театром военных действий». Но при этом, что любопытно, командование ВВС, невзирая на острейшее положение с ночной бомбардировочной авиацией, не бросало свежие авиаполки У-2 на фронт сразу же после их сформирования, а давало время на доведение уровня подготовки их летного состава до такого, который позволял бы выполнять задания без больших потерь. Прибытие новых полков У-2 на южное направление в 1942 году было незначительным — в данной ситуации командование ВВС сделало ставку на «старожилов» того или иного участка фронта, хорошо изучивших его особенности и имевших значительный опыт боевых действий. Оставалось только «подбрасывать» «старикам» матчасть, на замену убывшей, и присылать подготовленное пополнение. Эта методика имела самое положительное влияние на эффективность действий полков У-2 — как в районе Сталинграда, так и на Северном Кавказе, а также над Демянским котлом, то есть там, где разворачивались главные события 1942 года.
Поступавшие в это время на фронт У-2 — это были уже не училищные самолеты, а серийные боевые машины с моторами М-11 Г, М-11Д, способные поднимать уже до 200 кг бомб, в том числе «фугаски» ФАБ-100. К ноябрю 1942 г. удалось поднять бомбовую нагрузку У-2. Это связано с поступлением в полки специальных военных модификаций самолета У-2 с двигателями М-11Г мощностью 125л. с. Появилась возможность подвешивать бомбы общим весом до 300 кг. Рекорд в «поднятии груза» установил л-т Галдобин из 621-го нбап — на своем У-2 он поднял 364 кг бомб.