Авиация противника на сталинградском направлении насчитывала более 1200 самолетов, входивших в состав 4-го воздушного флота и 8-го авиационного корпуса. На вооружении их были бомбардировщики Ю-87, Ю-88 и Хе-111; истребители Ме-109, Ме-110 и в небольшом количестве ФВ-190; разведчики Хш-12б и ФВ-189. Превосходство в численности самолетов на сталинградском направлении было на стороне ВВС Германии. Фашистская авиация господствовала в воздухе.
Управление 16-й воздушной армии было сформировано к 15 августа в основном из руководящего состава 1-й истребительной авиационной армии Ставки ВГК и вначале размещалось в Сталинграде. Штаб, основные отделы и службы возглавляли полковники Н. Г. Белов (начальник штаба), А. С. Кириллов (начальник тыла), старший батальонный комиссар В. И. Вихров (начальник политотдела), инженер 1 ранга В. И. Ребров (главный инженер), подполковник А. П. Наумов (начальник оперативного отдела), майоры А. С. Черный (начальник разведывательного отдела), Е. И. Матов (начальник отдела связи) и Ф. С. Мухин (главный штурман). Однако к началу боевых действий штаб и службы армии были еще не укомплектованы и недостаточно сколочены.
Одновременно с прибытием в состав 16-й воздушной армии боевых соединений, формировался и ее тыл. Некоторое количество тыловых частей было выделено из 8-й воздушной армии. Они уже имели опыт обслуживания авиации в боевых условиях. Однако формирование тыла затянулось, так как другие тыловые части не смогли своевременно прибыть к месту дислокации армии из-за огромной перегрузки коммуникаций. Поэтому летные части продолжительное время обслуживались тыловыми органами 8-й воздушной армии. Это приводило к неудобствам и перебоям в обеспечении частей и затрудняло ведение боевых действий.
Тыл 16-й воздушной армии к 4 сентября имел 3 района авиационного базирования (23, 35, 80-й РАБ), 2 автотранспортных батальона, 3 головных авиационных склада, армейский склад боеприпасов, 2 инженерно-аэродромных батальона и 17 батальонов аэродромного обслуживания (бао).