7月28日，斯大林發(fā)布第227號命令："現(xiàn)在是結(jié)束退卻的時候了，寸步不退！這就是我們當前的主要號召。必須頑強地保衛(wèi)每一個陣地，每一米蘇聯(lián)領(lǐng)土，直到最后一滴血。"斯大林還下令建立了阻截隊，放在不堅定的部隊后面，把驚慌失措者和膽小鬼就地槍斃。

7月31日，希特勒又將德國第4坦克集團軍從齊姆良斯卡地區(qū)調(diào)來，向科杰利尼夫斯基方向進攻，配合德國第6集團軍從頓河西岸發(fā)動攻勢。8月5~10日，在阿布加涅羅沃--普羅道維托耶一線，崔可夫中將指揮的蘇軍突擊集群與德國第4坦克軍展開激戰(zhàn)，德軍傷亡慘重，被迫退回外圍防線，轉(zhuǎn)入防御。與此同時，德軍第6集團軍與蘇軍第62集團軍也在頓河西岸展開了7天的激戰(zhàn)，蘇軍撤回到頓河東岸。

8月15日，德軍又對蘇聯(lián)第4坦克軍的防地發(fā)動進攻。8月16日，蘇軍少尉克切特科夫率領(lǐng)16名戰(zhàn)士守衛(wèi)一個高地，與德軍鏖戰(zhàn)一晝夜，子彈打光了，最后剩下的4名戰(zhàn)士把手榴彈綁在身上，視死如歸地撲向德軍的坦克！蘇軍主力退到頓河東岸后，在西岸守住了新的防線。

8月23~24日，德軍對斯大林格勒進行了瘋狂的晝夜輪番轟炸。城市住宅、工廠、醫(yī)院、學校、遭到了嚴重破壞，成千上萬的老百姓慘遭殺害，市區(qū)一片廢墟、硝煙彌漫。伏爾加河岸的油庫也中彈起火，燃起一片火海。

9月13日，德軍突入斯大林格勒市區(qū)，向蘇軍第62集團軍防守的馬馬耶夫崗和火車站發(fā)起攻勢。9月14日，德軍投入6個師，在幾百架飛機支援下，突破蘇軍防線，占領(lǐng)了火車站，將蘇軍第62集團軍逼到伏爾加河岸。

市區(qū)爭奪戰(zhàn)開始之后，形勢異常危機，蘇軍陸續(xù)增調(diào)來10個步兵師、2個坦克軍和8個坦克旅，與德軍展開殊死搏斗。爭奪市中心的戰(zhàn)斗達到了白熱化。僅9月14~15日間，就有2000多名德軍在市區(qū)被擊斃。9月16日，蘇軍奪回了馬馬耶夫崗?；疖囌镜臓帄Z戰(zhàn)持續(xù)了一周之久，前后13次易手。

在戰(zhàn)斗最緊張的日子里，雙方在每一條街、每一棟樓、每一層樓面和每一個房間進行激烈的爭奪戰(zhàn)。戰(zhàn)斗中，曾有4名蘇軍反坦克手，用僅有的2支反坦克槍與30輛德軍坦克搏斗，1天之內(nèi)摧毀德軍坦克15輛，未讓敵人越過自己的陣地。一位身負重傷的蘇軍電話兵用牙齒咬住被打斷了的電話線，恢復了戰(zhàn)地通訊。

"紅十月"冶金廠的工人在距離德軍只有幾百米的危急情況下，依然一面手執(zhí)武器阻擊敵人，一面冒著炮火堅持生產(chǎn)。在戰(zhàn)斗最激烈的9月份，他們制造了200輛坦克、150輛牽引車。工人們常常駕駛著剛裝配好的坦克，直接沖出廠門，投入戰(zhàn)斗。德軍第94師第267團團長威廉·霍夫曼在日記中寫道："俄國人不是人，而是某種鋼鐵鑄成的東西；他們不知疲勞，不怕炮火。"

9月底，戰(zhàn)斗重心轉(zhuǎn)移到市區(qū)北部的工廠區(qū)。德軍又增調(diào)來20萬兵力，90個炮兵營和40個攻城工兵營。蘇軍也有6個步兵師和1個坦克旅渡過伏爾加河，調(diào)進了斯大林格勒市區(qū)。雙方隨即展開了爭奪拖拉機廠、"紅十月"和"街壘"的大血戰(zhàn)。10月4日，德軍占領(lǐng)了"紅十月"和"街壘"工廠的住宅區(qū)。

10月15日，德軍5個師、2000對架次飛機猛攻拖拉機廠。蘇軍2個師被分割成許多孤立的戰(zhàn)斗隊，繼續(xù)拼死戰(zhàn)斗，寧死不屈。期間，蘇聯(lián)戰(zhàn)士潘尼卡克獨自阻擊幾輛德軍坦克，用光了所有的手榴彈，身邊只剩下兩瓶液體燃料。當他掄起燃燒瓶，正要投向最近的一輛坦克時，一顆子彈打穿了高舉在他頭上的燃燒瓶，烈火頓時燒遍了他的全身。但是，他沒有去撲打身上的火焰，而是躍出戰(zhàn)壕，沖向德軍坦克，對準發(fā)動機的外殼打破了第2個燃燒瓶?；鹕嗪蜐鉄熗虥]了英雄和德軍的坦克。當晚，德軍付出慘重代價后，占領(lǐng)了拖拉機廠。

為了減輕德軍對斯大林格勒市區(qū)的壓力，蘇聯(lián)頓河方面軍于10月19日從北部轉(zhuǎn)入進攻，蘇聯(lián)第64集團軍于10月25日從南面對德軍側(cè)翼實施了反突擊。11月初，德軍多次妄圖攻占市區(qū)的防御點，都未能得逞。

戰(zhàn)斗到1942年11月初，德軍方面在斯大林格勒地區(qū)仍有80個師，總計100萬人，火炮10290門、坦克675輛、飛機1216架。其中主力部隊是盤踞在斯大林格勒市區(qū)和西部外圍一帶的德國第6集團軍和第4坦克集團軍。羅馬尼亞第4集團軍擔任南翼掩護，羅馬尼亞第3集團軍、意大利第8集團軍、匈牙利第2集團軍和德國第2集團軍負責掩護西北翼。