德军在苏德战场的南部部署了150万以上的兵力，其中“南方”集团军群共97个师，90万人，又分为A、B两个集团军群。动用了1200辆坦克和强击火炮，1640架战斗机，于1942年6月28日发动了对斯大林格勒总攻。为减轻斯大林格勒方面的压力，1942年9月3日早晨，经过炮火准备，苏联第1集团发起了反攻，但是只前进了几公里就受到德军的有力阻击而被迫停了下来。9月5日拂晓以前，如同朱可夫所估计的那样，斯大林格勒附近并没有发生特殊事件。按预先计划，9月5日早晨，苏军炮兵和航空兵开始火力准备，随之发起了攻击。但德的阻击仍很顽强，经过一天的交战，苏军进展甚微。由于苏军这次大规模的反击，迫使德军把大坦克、炮兵和摩托化部队从斯大林格勒附近向北调动，从而延缓了攻击斯大林格勒的速度。
德军用在斯大格勒方向的兵力有50个多个师，其中用来直接攻击市区的有12个师，共17万人。他们拥有500辆坦克、1700门大炮和迫击炮。苏军斯大林格勒方面军和东南方面军虽然合起来有120个师，但是人员编制严重缺额，许多师只有编制人数的20%到25%，有的只有800人。实际上负责防守市区和西南一带的主力第62和64集团军总共只有9万人、1000门大炮和进击炮、120辆坦克。在市区争夺战中，德军的兵力和武器上是占优势的。
1942年9月13日至15日的3天，对交战双方来说，都是十分艰难的日子。争夺战中，德军在兵力和武器上是占优势的。争夺市区的激战达到白热化的程度，全市的街道和广场变成了激烈的战场，有些重要据点被反复地争夺，第一火车站的争夺战持续了一周之久，曾13次易手。德军不顾一切，一步步向市中心逼近。苏军似乎有些支持不住了，兵力每时每刻都在减少。但是苏军在斯大林格勒人民群众的支援和配合下，战斗意志无比坚强，只要德军一向前推进，就以顽强的阻击让他们付出沉重的代价。在这场殊死的战斗中，值得一提的是苏军战士为保卫祖国的每一寸土地，表现出的那种可歌可泣的视死如归的英雄主义精神。苏军的顽强使得德军精疲力竭，一筹莫展。战前，德军十分蔑视苏军在斯大林格勒的力量，但受到意想不到的痛击之后，他们就逐渐感到恐惧和悲观起来。经过连续13天的战斗，德军在9月25日占领了市南和市中心的部分地区，并且前进到伏尔加河河南，几乎每一个渡口都被苏军强大的火力控制着，斯大林格勒变成了一个大战场，历史上规模最大的巷战在这里展开了。朱可夫命令红军战士在任何情况下都要坚守城市，每一幢房屋，只要有苏联军人，哪怕只剩下一个人，也要成为敌人攻不破的堡垒。为了适应战争形势，朱可夫下令在部队中组织新战斗单位——突击小组。尽管炮火连天、弹片横飞，被炸毁的工厂却成了苏联人的抵抗中心。朱可夫在纷乱复杂的战争形势中，再次显示了他惊人的预见性。他分析后认为：尽管敌人暂时处于进攻，但苏联红军的顽强设防使他们很难完成既定目标，而随着时间的拖延，敌人的补给将越来越困难，恶劣的天气也将给他们造成极大的困难。德军攻打斯大林格勒市区的战斗从9月13日开始，到11月18日结束，历时两个月。
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