德军克里米亚战役胜利结束以后，曼施泰因被调往北部组织进攻列宁格勒，而里希特霍芬依然留在东线南段最关键的地区，支援德军向顿河河曲和高加索发动的夏季攻势。7月14日，第4航空队司令勒尔上将调任东南战线总司令，47岁的里希特霍芬上将升任航空队司令，指挥东线南段所有德国空军，他手下有菲贝格将军(Fiebig)的第8航空军，负责支援霍特第4装甲集团军和保卢斯第6集团军向顿河河曲方向进攻，还有普鲁贝尔将军(Pflugbeil)的第4航空军，负责支援克莱斯特上将第1装甲集团军(属於李斯特元帅的A集团军群)向高加索突进。 另外，里希特霍芬手下还有德斯洛赫(Dessloch)将军的第1高射炮兵军。里希特霍芬所指挥的第4航空队，拥有整个德国空军54%的兵力，而要掩护的战场区域却更加广阔，在斯大林格勒战区，实际只是第8航空军。作为一个善於在战场上作出决断的斗士，里希特霍芬的性格和第6集团军司令保卢斯非常不同，据说里希特霍芬本人从来就不喜欢保卢斯，到任不久就向总参谋部建议撤换保卢斯的职务，但是未被接纳。

　　9月3日，德军首次空袭斯大林格勒市区，然后把作战重点，转向支援德军前线地面部队。10月份，里希特霍芬的侦察机发现苏军后方重兵集团集结的迹象，第4航空队起飞进行了空中打击，但是当时大部分德军轰炸机都忙於前线支援，和对付越来越强大的苏联空军。这令里希特霍芬相当担忧，象其他几位德军前线将领一样，他也预计到苏军可能用强大的预备队进行反攻，甚至还猜测到可能的突破口，10月底11月初，里希特霍芬命令第8航空军时刻准备转向支援罗马尼亚第3集团军。但是德军侧翼的兵力过於单薄，而最高统帅部又不愿意停止在斯大林格勒的攻势，於是仅凭第8航空军，根本无法遏制苏军排山倒海般的大反攻，11月25日，斯大林格勒的德军被合围。希特勒命令将斯大林格勒变成要塞死守，从东线北段调来曼施泰因元帅，组建顿河集团军群为保卢斯解围，而为包围圈里德军空运补给的任务，就落到第4航空队身上。

　　当时总的形势，德国空军如果集中力量，还能对苏军占有某些装备和人员素质上的优势，但是苏联空军的装备越来越先进，数量更越来越多，飞行员的素质也在提高，德国军工生产和数量上的劣势已严重影响到了前线重点地段的制空权。在发动空运之前，里希特霍芬就已经坦白地告诉曼施泰因，戈林，和陆军总参谋长蔡茨勒，说靠空运来补给包围圈里的德军，是一项不可能的任务。空军总参谋长耶舒恩内克，最初支持希特勒和戈林空运的决定，但是被里希特霍芬说服，也转而反对。可是希特勒和戈林决心已定，最高统帅部下达命令，里希特霍芬也只能不得已而为之。12月初，里希特霍芬拥有500多架运输机，其中很多并非容克52，而是由He111等各种类型轰炸机改装的。里希特霍芬以其一贯的务实态度，打乱原指挥系统，命令第8航空军军长菲贝格(Fiebig)集中精力全权负责指挥空运，不再指挥任何空战行动，又从高加索把普鲁贝尔(Pflugbeil)的第4航空军撤回来，最大限度地集中兵力，只让第1高射炮兵军军部指挥少数战斗机来掩护高加索A集团军群的撤退(当时集团军群司令已经是克莱斯特元帅) 。同时指定曼克(Mahnke)中将新建“顿涅茨”航空师，接手所有第8航空军的作战飞机，支援曼施泰因元帅顿河集团军群的解围攻势。12月底，里希特霍芬给希特勒直接打电话，替好友曼施泰因元帅请求，允许第6集团军突围，但仍然未获希特勒批准。

　　合围的最初几天，由於天气恶劣，德军被迫推迟空运。11月29日，斯大林格勒空运正式开始，那一天出动了38架容克52和21架亨克尔111，仅有12架容克和13架亨克尔到达包围圈里的德军机场。整个12月份，德军运输机必须突破苏军战斗机和地面火力网的封锁进行空运，本来就数量不足的运输机队损失惨重，12月日平均运输量90吨物资，最多的1天空运了300吨，而原先计算需要的最低供应量是日均500吨。12月24日，苏军坦克部队突击空运重要基地塔钦斯卡娅机场(Tatsinskaya) ，又击毁停放在地面的72架容克52运输机，给空运行动沉重一击。其实此前两天菲贝格将军曾要求里希特霍芬批准撤出这个已经遭受苏军地面部队严重威胁的机场，但里希特霍芬以整个战役形势严重，必须冒最大风险，拒绝批准撤退，致使有此一错。1月14日，德国空军的第2号人物，一直负责行政事务的空军总监米尔希元帅被希特勒任命为特派员，统一指挥空运行动，此时大势已去，里希特霍芬明白无误地告诉米尔希，这是个不可能完成的任务。米尔希准备亲自飞进围城来估价形势，结果在去机场的路上座车与火车相撞，肋骨骨折加脑震荡，但是仍然坚持上半身用石膏固定着，在第4航空队司令部里指挥空运。即便这样的个人努力也无济于事。1943年1月21日，包围圈内最后的机场古姆拉克(Gumrak)被苏军占领，1月22日中午，随后一架德军飞机飞出斯大林格勒围城。整个斯大林格勒空运行动，共运进6951吨物资(另一个数字是8350吨)，撤出24910人。德军损失488架运输机，其中整个空军一半以上的容克52运输机都在这次战役中损失了。

　　1943年2月16日，为感谢里希特霍芬的战功和为斯大林格勒空运所做出的超人努力，希特勒授予里希特霍芬陆军元帅军衔。1943年春季的战局中，里希特霍芬指挥第1、4、8三个航空军，其中第8军支援库班半岛的第17集团军(属A集团军群) ，集中第1、4两个军(第1航空军军长是科尔滕Kurten，后来的空军总参谋长)与曼施泰因元帅的顿河集团军群配合，实施哈尔科夫反攻战役。尽管刚刚经过斯大林格勒的挫败，里希特霍芬还是用容克87和88俯冲轰炸机重创了苏军第1近卫集团军，有力地支援曼施泰因的回马枪作战。毕竟，苏联空军在这个时候从指挥的协调，集中兵力的艺术，和飞行员素质上，仍然和德军有一段差距，德国空军如果集中足够兵力的话，是可以保证关键地段战场制空权的。

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