Вследствие всех вышеуказанных причин в первой половине сентября в полную силу начались уличные бои за Сталинград. Паулюс стремился как можно быстрее развязать себе руки против непрекращающихся атак с северо-восточного фланга. Немецкие войска медленно, но неуклонно продвигались к ключевым точкам города — вокзалу, Мамаеву кургану и другим. По итогам первых дней борьбы за сам город утром 8 сентября от руководства 62-й армией был отстранен А.И.Лопатин. Временно исполняющим обязанности командующего армией стал начальник штаба армии генерал-майор Н.К.Крылов. Он уже имел большой опыт обороны городов, будучи начальником штаба Приморской армии в ходе боев за Одессу и Севастополь. Н.К.Крылова оставили в прежней должности, а в командование 62-й армией 12 сентября вступил генерал-лейтенант Василий Иванович Чуйков. Именно с его именем связывают успешную оборону Сталинграда осенью 1942 г.
Подбитый танк Т-34 в пригородах Сталинграда. Продукция СТЗ в августе 1942 г. шла из цехов завода прямо в бой
Однако к моменту прибытия нового командующего положение 62-й армии было отнюдь не блестящим. 14 сентября немцы захватили пункт, господствующий над всем городом, — Мамаев курган (высота 192). 15 сентября 6-я армия Ф.Паулюса и 4-я танковая армия Г.Гота соединились в районе реки Царица. С этого момента за весь ход операций в городе стало отвечать командование 6-й армии. XXXXVIII танковый корпус был передан в армию Ф.Паулюса. Соответственно 4-я танковая армия получила задачу очистить от советских войск западный берег Волги южнее Сталинграда.
Одновременно перешли в наступление войска, нажим которых на VIII и XIV корпуса обеспечивал успешное ведение обороны в Сталинграде. Во исполнение указаний Верховного Главнокомандующего «немедленно ударить по противнику и прийти на помощь сталинградцам» войска левого крыла Сталинградского фронта силами 24-й, 1-й гвардейской и 66-й армий в течение сентября провели две наступательные операции. Их задачей был разгром прорвавшейся к Волге группировки противника и соединение с 62-й армией. В октябре за ними последовала еще одна наступательная операция.
Для атаки Сталинграда с севера 6-я немецкая армия в начале сентября практически могла выделить только LI армейский корпус. Несмотря на все сложности с переправой войск на правый берег Волги, в 62-ю армию поступали резервы. В течение двух ночей 15 и 16 сентября в Сталинград переправилась 13-я гвардейская стрелковая дивизия А.И.Родимцева. Она восстановила силы после ударов «Блау» в июне и июле и стала сильным аргументом в борьбе за Сталинград. Совместно с 137-й танковой бригадой (12 танков Т-60, более тяжелые машины было почти невозможно переправить через Волгу) дивизия А.И.Родицева смогла контратакой вернуть позиции в районе Мамаева кургана и обеспечила прочную оборону одного из двух сталинградских вокзалов.
На южную окраину города и на Бекетовку (южный пригород Сталинграда) наступал XXXXVIII танковый корпус. На 18 сентября 1942 г. в 24-й танковой дивизии корпуса Гейма насчитывалось всего 22 боеготовых танка. Бои в Сталинграде приняли затяжной характер. Уже 20 сентября Ф.Гальдер, оценивая военные действия под Сталинградом, вынужден был признать, что «все больше и больше ощущается постепенное истощение наступающих войск».
В штабе командующего 62-й армией генерал-лейтенанта В.И. Чуйкова (второй слева). Слева от него с карандашом в руках начальник штаба армии генерал-майор Н.И. Крылов. За столом сидит член Военного совета армии генерал-лейтенант К.А. Гуров. Справа командир 13-й гвардейской стрелковой дивизии генерал-майор А.И. Родимцев
18 сентября также состоялась вторая наступательная операция войск Сталинградского фронта. Основные силы фронта теперь концентрировались на его левом крыле. На правом крыле 63, 21-я и 4-я танковая армии обороняли фронт в 480 км. На левом крыле на фронте прорыва шириной в 24 км концентрировались две армии — 1-я гвардейская и 24-я. Первая была построена на фронте 18 км в три эшелона: первый эшелон — пять стрелковых дивизий, танковый корпус, три танковые бригады и все средства усиления; второй эшелон — три стрелковые дивизии, один танковый корпус; третий эшелон — одна стрелковая дивизия и один танковый корпус (в резерве командующего армией). Вторая была построена на фронте 6 км в два эшелона: первый эшелон — две стрелковые дивизии, две танковые бригады, все средства усиления; второй эшелон — две стрелковые дивизии. 66-я армия тремя дивизиями прикрывала фланг 24-й армии.
