14 сентября части вермахта прорвали оборону на стыке 62-й и 64-й армий, овладели поселком Купоросное и вышли к Волге, тесня части 64-й армии на юг, а левый фланг 62-й армии – к зацарицынской части города. 62-я армия оказалась изолированной от остальных сил фронта. Ситуация сложилась самая критическая – немецко-фашистские войска были почти в шаге от  того, чтобы овладеть Сталинградом. В Германии уже создавался пропагандистский фильм, а газеты пестрили победными заголовками.

Командующий 62-й армии генерал-лейтенант В.И. Чуйков волевым решением приказал командиру 10-й стрелковой дивизии войск НКВД полковнику А.А. Сараеву сдерживать натиск немецко-фашистских войск в районе вокзала Сталинград-I и Мамаева кургана до подхода полков 13-й гвардейской стрелковой дивизии.

62-я армия, несмотря на усиливающиеся атаки частей вермахта у вокзала, в Пригороде Минино и у Мамаева кургана, оказывала им яростное сопротивление. Воины 13-й гвардейской дивизии отбросили немецко-фашистские войска от района центральной переправы, очистили от них многие улицы и кварталы, не допустили разобщения противником фронта армии в центре города. Гвардейцы вышли на железную дорогу и захватили вокзал Сталинград-I. На рассвете 16 сентября совместно с одним из полков 112-й стрелковой дивизии они овладели Мамаевым курганом.

Именно в районе вокзала и  Мамаева кургана с особо нарастающим напряжением развертывались бои 16 и 17 сентября.

Немецко-фашистские войска несли большие потери и заняли лишь небольшую часть города севернее реки Царица и потому начали менять тактику борьбы. Они стали вести ее на небольших участках отдельными боевыми группами. Для того чтобы еще больше усилить натиск на советские войска, в 6-й полевой армии вермахта были созданы штурмовые отряды, представляющие собой группы из десяти человек, которые были обучены ведению уличных боев и вооружены пулеметами, огнеметами и холодным оружием. Немецкие солдаты называли ближний бой в разрушенных зданиях «крысиной войной». Для подобного боя были характерны бешеные рукопашные стычки, которых так боялось германское командование, видевшее, как быстро в этих случаях ситуация выходит из-под контроля.

Борьба продолжала развертываться с особым упорством в центральной части города. 20 сентября немецкая авиация полностью разрушила вокзал Сталинград-I. Советские воины заняли рощицу Коммунистическую у Привокзальной площади и здесь окопались. Вечером из района Дар-гора немецкие автоматчики прорвались на левый берег реки Царица и к переправам через Волгу, но были вскоре выбиты.

19 - 20 сентября для усиления войск 62-й армии на правый берег Волги была переправлена 95-я стрелковая дивизия под командованием полковника В.А. Горишного.

С утра 21 сентября немецко-фашистские войска отражали контрудары войск 62-й армии в районе поселков заводов СТЗ, «Баррикады», «Красный Октябрь» и войск 64-й армии южнее поселка Купоросное. Одновременно они крупными силами начали наступление, прорываясь к Волге в центре Сталинграда, чтобы разобщить и затем уничтожить войска 62-й армии. К вечеру этого дня передовым отрядам вермахта удалось прорваться к берегу Волги в район центральной пристани, разобщив фронт 62-й армии и нарушив центральную переправу.

Оказавшись в невероятно трудных условиях, отрезанные от основных сил фронта рекой, воины 62-й армии ожесточённо оборонялись, навязав противнику самый тяжёлый вид боя - ближний. Как отмечал командующий 62-й армией генерал-лейтенант В.И. Чуйков: «Бой в городе – это особый бой. Тут решает вопрос не сила, а умение, сноровка, изворотливость и внезапность. Городские постройки, как волнорезы, разрезали боевые порядки наступающего противника, направляли его силы вдоль улиц. Поэтому мы крепко держались за особо прочные постройки, создавали в них немногочисленные гарнизоны, способные в случае окружения вести круговую оборону». В зданиях устраивались многочисленные огневые точки, в том числе вынесенные и за пределы домов. В состав гарнизонов входили сапёры и снайперы, кроме пулемётов и стрелкового оружия они вооружались лёгкими противотанковыми орудиями и ружьями.

В конце сентября создалась угроза прорыва немецко-фашистских войск к Волге в районе площади 9 января и мельницы № 4, где находился командный пункт 42-го гвардейского стрелкового полка 13-й гвардейской стрелковой дивизии. Командир 7-й стрелковой роты этого полка старший лейтенант И.И. Наумов принял решение превратить в опорные пункты два четырехэтажных дома, расположенных параллельно на площади 9 января,  и направил туда две группы бойцов. Первая группа состояла из четырех разведчиков под командованием сержанта Я.Ф. Павлова, вторая группа - взвод лейтенанта Н.Е. Заболотного захватили эти дома и закрепились в них. Впоследствии эти дома вошли в историю Сталинградской битвы как «дом Павлова» и «дом Заболотного». На третьи сутки на помощь разведчикам Я.Ф. Павлова прибыло подкрепление, и гарнизон дома увеличился до 24 человек. Гвардейцы при помощи саперов усовершенствовали оборону дома, заминировав все подходы к нему, прорыли небольшую траншею, по которой поддерживалась связь с командованием, доставлялось продовольствие, боеприпасы. Дом стал неприступной крепостью. В течение 58 дней легендарный гарнизон удерживал его.

Из «дома Павлова» вел огонь по противнику один из лучших снайперов 13-й гвардейской стрелковой дивизии сержант Анатолий Чехов, уничтоживший во время уличных боев более 200 солдат и офицеров вермахта. Командир дивизии генерал-майор А.И. Родимцев прямо на передовой вручил девятнадцатилетнему Чехову орден Красного Знамени.

В этот период оборона города все больше зависела от своевременного бесперебойного подвоза в район боевых действий людских пополнений, вооружения и др. В условиях, когда Сталинград после выхода войск вермахта к Волге потерял железнодорожные коммуникации на правом берегу, исключительное значение имели волжские переправы. Непрерывность коммуникаций через Волгу и связь Сталинграда с восточным берегом все время обеспечивались речным гражданским флотом и судами Волжской военной флотилии под командованием контр-адмирала Д.Д. Рогачева.

Немецко-фашистские войска хорошо просматривали реку и прилегающую к ней местность у Сталинграда, что позволяло им производить не только воздушные налеты, но и вести обстрел всеми видами артиллерии и минометов. Охота шла за каждым судном и даже лодкой. Несмотря на это, гражданские речники и военные моряки успешно решали поставленную перед ними задачу. В ходе битвы они перевезли на правый берег свыше 82 тысяч солдат и офицеров, большое количество боевой техники, продовольствия и других военных грузов. Из Сталинграда на левый берег они эвакуировали около 52 тысяч раненых воинов и гражданского населения. Корабли и бронекатера флотилии взаимодействовали с сухопутными войсками, поддерживая их своим огнем, высаживая десантные группы. Части морской пехоты сражались на берегу, входя в состав армейских соединений.

Несмотря на провал очередной попытки захватить Сталинград, германское командование не оставляло своих замыслов и по-прежнему пыталось полностью овладеть городом. Готовя новый генеральный штурм, оно в октябре 1942 года направило под Сталинград крупные силы из своего резерва: около 200 тысяч солдат обученного ополчения, до 90 артиллерийских дивизионов, а также 40 сапёрных батальонов, специально подготовленных для штурма города.

14 октября 1942 года А. Гитлер подписал оперативный приказ № 1 Главного командования сухопутных сил вермахта о переходе к стратегической обороне на всём советско-германском фронте. Хотя немецко-фашистские войска вышли к Волге и углубились на Кавказ, они не смогли овладеть Сталинградом, основными нефтеносными районами Кавказа и перевалами Главного Кавказского хребта.

Перед фронтом 62-й армии к 9 октября стояли немецко-фашистские силы, по-прежнему превосходившие ее в людях, артиллерии, танках и самолетах. Войска 62-я армии удерживали рубеж поселок Рынок, рабочий поселок тракторного завода, заводы «Баррикады» и «Красный Октябрь», северо-восточные скаты Мамаева кургана и вокзал Сталинград-I.

Общая обстановка в полосах 62-й и 64-й армий, несомненно, улучшалась. Атаки немецко-фашистских войск к исходу первой декады октября были уже не столь сокрушительными, как в конце сентября и начале октября. Однако, наступил день, на который германское командование назначило новый срок для захвата Сталинграда, – 14 октября.

Утром 14 октября 6-я полевая армия начала наступление, используя более тысячи самолетов 4-го воздушного флота люфтваффе. Сосредоточив на фронте около 4 км три пехотные и две танковые дивизии, германское командование бросило их в наступление, нанося главный удар в общем направлении на тракторный завод и завод «Баррикады».

К 20 октября в руках немецко-фашистских войск находились Мамаев курган и высота 107,5, выходы к Волге в районе Сталинградского тракторного завода и в районе устья реки Царица, фронт 62-й армии был вторично разобщен. Территория, занимаемая частями 62-й армии, простреливалась артиллерией вермахта, а местами пулеметным и автоматным огнем. Части 62-й армии вели изнуряющие уличные бои, часто переходящие в рукопашные схватки. И все же положение существенно изменилось. Самые критические дни борьбы остались позади. 14 - 18 октября войска 6-й полевой армии вермахта, штурмующие город, были окончательно измотаны. Сила их удара, их наступательная энергия начали постепенно угасать. Однако, многие улицы и целые кварталы города постепенно переходили в их руки. Немецко-фашистским войскам казалось, что исход сражения медленно, но неуклонно склонялся в их пользу. Но действительность показала другое.

Несмотря на большое превосходство советских наступа­ющих дивизий в людях, огневых средствах, танках, авиа­ции, задача, поставленная Ставкой ВГК, не была выполнена частями 66-й армии. К 26 октября на отдельных участках части продвинулись до 3 км и, заняв 3 - 5 линий немецкой обороны, приостановили наступление, понеся большие потери в личном составе (до 4 - 5 тысяч каждая дивизия).

Контрнаступление Советских войск

Идея перехода в контрнаступление возникла еще в ходе ожесточенных оборонительных сражений. В общих чертах контуры плана были определены в сентябре 1942 года. 12 сентября в разговоре со Сталиным генералы Жуков и Василевский обмолвились о возможности нового подхода в разрешении ситуации на сталинградском направлении. Сталин приказал доложить, и на следующий день генералы сообщили об общих идеях контрнаступления. До конца сентября в Генеральном штабе Красной Армии и Ставке ВГК тщательно разрабатывались основные положения операции. В результате последующей совместной работы с командованием Сталинградского, Донского и Юго-Западного фронтов в октябре 1942 года был разработан окончательный вариант плана операции по разгрому немецко-фашистских войск на Волге, условно названный «Уран». Он являлся также главной и составной частью общего замысла Ставки ВГК по разгрому всего южного крыла немецко-фашистских войск.

Советским войскам предстояло прорвать оборону вермахта, разгромить его войска южнее Серафимовича, а также западнее Сарпинских озер, и затем, наступая по сходящимся направлениям, выйти в район населенных пунктов Калач – Советский, окружить и уничтожить в междуречье Дона и Волги ударную группировку немецко-фашистских войск.   На проведение операции отводилось 3 – 4 дня.

Удары наносились там, где оборона противника была наиболее  уязвимой. Сталинград, как огромная воронка, втягивал в себя основные силы немецко-фашистской группы армий «Б». Сюда были переброшены все боеспособные немецкие части, в то время как оборону флангов опасно сужавшегося фронта оставили на слабовооружённые и неохотно воевавшие войска союзников Германии - румын, итальянцев, венгров.

По уточненному плану операции Юго-Западный и Донской фронты должны были перейти в наступление 19 ноября, а Сталинградский – 20 ноября. Намечая эти сроки, советское командование исходило из того, что к этому времени подготовка в основном закончится, причем на направлениях главных ударов будет создано решающее превосходство в силах. Учитывалось также и то, что немецко-фашистские войска еще не успели после провала наступления полностью перейти к обороне и изменить построение своих войск. В самом Сталинграде их крупные силы продолжали вести безнадежные наступательные бои.

В связи с большим размахом контрнаступления и участием в нем крупных масс войск и боевой техники, исключительно важное значение придавалось организации четкого взаимодействия, чего так не хватало советским войскам на оборонительном этапе битвы. Под руководством представителей Ставки ВГК во фронтах и армиях была проделана в этом направлении огромная работа. На картах, макетах местности и непосредственно на самой местности уяснялись цели операции, согласовывались усилия фронтов и армий, стрелковых войск, артиллерии, танков и авиации при прорыве обороны, развитии наступления в глубине, полосы их наступления, обеспечения всех частей материально-техническими средствами и т.д.

Центральной проблемой командования, штабов и войск было обеспечение скрытности подготовки наступления. Чтобы ввести в заблуждение противника и достичь внезапности, проводился целый комплекс дезинформационных и маскировочных мероприятий. Ставка ВГК направляла во фронты сталинградского направления незашифрованные директивы, предписывавшие прекратить все частные наступательные операции и перейти к жесткой обороне. Расчет был сделан на то, что это дойдет до германской разведки.