Алелюхин одержал свою самую памятную победу. Его самолет был атакован четырьмя «Мессершмиттами» (Me-109), он шесть раз отрывался от преследователей отвесным, до самой земли, пикированием. Во время одного пикирования ему удалось сманеврировать, пропустить вперед «Мессершмитт» и сбить его. Герхард Баркхорн, ас номер 2 люфтваффе, воевавший тогда на том же направлении, вспоминал позднее сорокаминутный бой с одиночным советским истребителем, который так и не удалось сбить… Вернувшись из того боя, Алелюхин, хоть и не был ранен, не смог самостоятельно выбраться из машины – стольких сил потребовал поединок.
Осенью 1942 года полк был перевооружен, теперь уже на Як-1, пополнен и в конце ноября вновь брошен в пекло великой Сталинградской битвы, достигшей к тому времени своей кульминации. Именно тогда летчик велел покрасить красной краской капот своего Яка, а фюзеляж с обеих сторон украсила черная пантера. Яркая раскраска была вызовом: такой самолет стерегли немецкие асы, по нему старались нанести первый удар. Под Сталинградом Алелюхина назначили командиром эскадрильи.
В сталинградских боях за 11 личных и 6 групповых побед он был удостоен звания Героя Советского Союза. Черную пантеру пришлось закрасить, а вот красный капот остался, перешел позднее на нос «Кобр» и «Лавочкиных» как цвет эскадрильи Алелюхина. Синий стал цветом эскадрильи Ковачевича, а желтый – Амет-Хана.
Свою новую машину, теперь «Аэрокобру», Алелюхин испытал в первом же боевом вылете. Вот как сам он описал этот бой: «Издали я увидел две шестерки Ю-88. Прикрытия поблизости не было. Какая самонадеянность! – подумалось мне. «В атаку!» – приказал я по радио своим ведомым. Дав полный газ, пошел первым. Следом за мной устремились и остальные летчики. Развернувшись в лучах солнца, мы пристроились в хвост бомбардировщикам фашистов, которые, по-видимому, приняли нас за своих. Обман удался! С короткой дистанции я поймал «Юнкере» точно в прицел, нажал на гашетку, и снаряды прошили его. «Юнкере» взорвался и рухнул на землю. Тут же мой самолет вздрогнул от взрывной волны. Впереди меня загорелись и пошли к земле еще два фашистских бомбардировщика». За этот бой, в котором эскадрилья Алелюхина сбила 5 Ю-88, он получил орден Суворова 3-й степени – «За отличное выполнение боевого задания и умелое руководство боем».
А 1 ноября 1944 года, когда летчик сбил 32-й неприятельский самолет, пришло известие о присвоении ему звания дважды Героя Советского Союза.
25 апреля 1944 года, во время воздушной схватки в районе Севастополя, он сошелся в лобовой атаке с «Фокке-Вульфом» (ФВ-190), лучшей тогда немецкой боевой машиной. Снаряд пробил лобовое бронестекло его «Аэрокобры». Алелюхин получил ранения лица, шеи и плеча. И вновь остался в полку и уже через неделю повел эскадрилью на боевое задание.
5 мая шестерка Алелюхина была атакована восемью ФВ-190. На командирской машине были повреждены рули высоты. «Кобра» Алелюхина вошла в плоский штопор, он выпрыгнул с парашютом. Сильный ветер сносил пилота в сторону немцев, с большим трудом ему удалось опуститься