雖然德軍比曆史上損失慘重得多，但還是集中了四十個師的精銳部隊，每天出動上千架次飛機，把一百多萬顆炸彈投向這座城市，斯大林格勒的建築幾乎全被炸毀。
八月底，B集團軍群已經最終到達在斯大林格勒北麵的伏爾加河，跟隨著是向河南麵的另一個進攻。
9月1日，蘇軍隻能冒著德軍炮轟和轟炸的危險橫渡伏爾加河對斯大林格勒城內之守軍進行增援及補給。
德軍在對斯大林格勒的進攻軍事教條是基於協同作戰及坦克、步兵、工兵、火炮及攻擊機互相配合作戰，為對抗這樣，蘇軍指揮官采用前線部隊盡可能與德軍近身距離作戰的戰術；崔可夫稱這是緊抱德軍。這迫使德軍隻能各自為戰或麵對被友軍誤傷的危險；這樣令德軍減少空中及炮火支援。蘇軍明白在斯大林格勒，最好的防禦是把他們的防線放在許多可監察具有重要戰略意義的街道和廣場的建築物裹，這種戰略令蘇軍可盡量長時間在所有地段堅守，因此他們把多層樓宇、工廠、倉庫、街角住宅及辦公樓轉變為布滿機槍、反坦克步槍、迫擊炮、地雷、鐵絲網、狙擊手及擁有5－10名衝鋒槍槍手和擲彈兵為一單位之小組擁有以準備進行逐屋戰鬥，激烈的戰鬥在每一個廢墟、街道、工廠、住宅、地下室及樓梯間進行，德軍稱這種看不見的城鎮戰為老鼠戰爭，“可笑地攻占了廚房，但仍然在爭奪客廳”。在這種絕望的混亂中，所有戰線均消失，習慣了進行機動作戰的德軍士兵被迫投入艱苦而快速的戰鬥，包括通過炸毀的居民區、辦公區、地下室和公寓高樓大廈前進。在一些高的建築物中，屋頂被早些時候德國空軍的轟炸炸穿，因此可從屋頂的破洞中看到逐層及近距離戰鬥，蘇軍與德軍在同一樓層上，蘇軍在一邊，德軍在另一邊，雙方通過破洞互相射擊。
所以9月5日，蘇聯第24及第66集團軍對德國第14裝甲軍發起大規模反攻，德國空軍對蘇軍炮兵據點及防線實施大規模轟炸幫助德軍地麵部隊擊退這次反攻，蘇軍在反攻數小時後就被迫在中午後退，參與進攻的120輛蘇軍坦克中，有30輛被炸毀。
馬馬耶夫崗是該市最高的地點，這裹的戰鬥特別無情，而且該據點多次易手。到9月12日，蘇聯第62集團軍隻剩下九十輛坦克、七百門迫擊炮及大約二萬名士兵。
9月13日，德軍二十多萬人，上千輛坦克向保衛斯大林格勒的夏懿罡所在的第62集團軍發起猛攻。德軍在幾個地段突破蘇軍防線，進入市區陣地。
在這斯大林格勒麵對著被占領的危險，蘇軍和民兵們衝向德國軍隊，與德國軍隊展開激烈的巷戰。
9月14日，爭奪市中心的激戰達到了白熱化的城市。德軍從早到晚衝鋒不止，從城北突入市區，他們死傷慘重。據守斯大林格勒的62集團軍戰士，抱著與城共存亡的決心和德軍浴血戰鬥，展開了激烈的巷戰，雙方逐街逐樓逐屋反複爭奪。斯大林格勒變成了一片瓦礫場，城中80%的居住區被摧毀。在滿是瓦礫和廢墟的城中，蘇聯第62集團軍頑強抵抗，在城中的每條街道，每座樓房，每家工廠內都發生了激烈的槍戰。攻入城中的德軍死傷人數不斷增加。盡管德軍對伏爾加河東岸進行頻繁的轟炸，但是蘇軍還是從那裏得到了不斷的補給和支持。剛剛趕赴城中的紅軍戰士的平均存活時間不超過24個小時，軍官也隻有約三天的平均存活時間。德軍的主要戰術是各兵種聯合作戰，非常重視步兵、工程部隊、炮兵和空軍的地麵轟炸的協調。為了對抗這種戰術，蘇軍指揮官采取了貼身緊逼的策略，盡量將己方的前線與德軍貼近。這樣導致了德軍的炮兵部隊無法發揮遠程攻擊的優點。
為了爭奪火車站，德蘇雙方爭奪激烈，一周內火車站13次易手。
為了爭奪被德軍占領的馬馬耶夫崗高地，近衛軍猛撲高地東北麵的陡峭斜坡，衝入戰壕與德軍展開了白刃搏鬥，終於把高地奪回。
戰場上的那些德軍士兵根本不用瞄準，子彈暴風雨似的殺傷著成群結隊的俄國人。隻片刻的功夫陣地前的屍體已經堆積如山。
坦克海、士兵海密密麻麻擁擠在一起的俄國人，讓久經戰陣的德國人看了也都提心吊膽。他們實在想不出俄國哪裏來的那麼多的坦克、那麼多的士兵。
一層被射倒了，又是一層沒有任何遲疑的補充上來一個裝甲營被打掉了，又是新的裝甲營投入到了進攻死亡的咆哮在戰場上回響，鮮血把整個天空都染成了可怕的暗紅色。