面对严峻的局面苏联方面也在不断地调整部署，8月5日，苏军最高统帅部决定将斯大林格勒方面军改组为东南、斯大林格勒两个方面军，由华西列夫斯基上将统一指挥，东南方面军由叶廖缅科上将指挥，编成内有第64、第57、第51集团军，以及坦克第1集团军、坦克第13军和空军第8集团军，斯大林格勒方面军仍由戈尔多夫中将指挥，编成内有第21、第62、第63集团军，以及坦克第4集团军、坦克第28军和空军第16集团军。
在苏联军队进行调整的时候，德军的军队也进行了一定的战术调整，在8月19日，保卢斯和霍特重新发起了进攻，保卢斯第6集团军从斯大林格勒西北面的特列赫奥斯特罗夫卡亚向东南攻击，22日突破苏第62集团军在韦尔加奇和彼斯科瓦特卡地段的防线，强渡顿河，占领了卡拉奇，23日第14装甲军推进到斯大林格勒北郊的叶尔佐夫卡地域，前出到伏尔加河，将苏第62集团军与斯大林格勒方面军主力分割开來，霍特第4装甲集团军从南面的阿勃加涅罗沃地区向北进攻，突破了苏第64集团军的防御，29日进至城南的加夫里洛夫卡地域，其前锋已前出到京古塔车站，9月2日，保卢斯第6集团军右翼与霍特第4装甲集团军左翼在旧罗加奇克地区取得了联系，与此同时，德军第4航空队出动飞机几百架，入夜又出动2000架次飞机对斯大林格勒进行狂轰滥炸。
德军的攻势经过一段时间的短暂停滞时候，再次爆发出了原本应该有的犀利，在这种情况下，鉴于斯大林格勒异常严峻的形势，斯大林任命朱可夫为最高副统帅，并决定立即调拨第24、第66集团军和近卫第1集团军开赴斯大林格勒，朱可夫再次成为了万能的救火员，那里展现快崩溃的时候，总有它的出现，8月29日，朱可夫飞到斯大林格勒并着手组织第24、第66集团军和近卫第1集团军的反击行动，9月3日，斯大林致电朱可夫要求立即对斯大林格勒进行突击，以缓解当地紧张局势。
9月5日拂晓，朱可夫将3个新锐集团军投入反击，由于准备仓促，反击未达到预期目标，当晚，斯大林命令朱可夫继续冲击，9月6日，苏军再次发动进攻，再次失败，9月10日，苏军试图从北面实施突击，恢复同第62集团军的联系，又遭到失败，9月12日，苏军撤至市区围廓，外围防御地带已全部丧失，德军突破斯大林格勒城防，从南面突进到伏尔加河，把守卫城市的第62集团军同战场上的其他部队分隔开來，这次万能的救火队员朱可夫同志的目的沒有达到，不是德军的战斗力突然强大了好多，实在是战争到现在苏联军队的里面的老兵已经屈指可数了。
不过这样导师的德军的行动多少受到了一点影响，在高加索方向，利斯特a集团军群以高速前进，8月9日，克莱斯特第1装甲集团军占领了迈柯普油田，8月22日，克莱斯特的士兵在海拔18526英尺的厄尔鲁斯山峰上升起了第三帝国的万字旗，8月25日，克莱斯特部又攻占了莫兹多克，距格罗兹尼四周的苏联最大产油中心只有50英里，距里海也只有100英里，8月31日，希特勒要求a集团军群司令利斯特元帅倾其所有的力量向格罗兹尼作最后进攻，尽快拿下油田，但德军冲击力迅速下降，进展缓慢，9月9日，希特勒免去了利斯特元帅的a集团军群司令的职务，由第1装甲集团军司令克莱斯特上将接任，第1装甲集团军司令则由麦肯森将军继任。
克莱斯特上任后。虽然竭尽全力，也无法再前进一步，因为冲击力丧失的主要原因是缺乏燃油，战争打到这种情况下德意志的燃油储备已经不多，如果不是从遥远的东方靠潜艇运來了一些，恐怕还沒有这样的成果，但是这只是杯水车薪，潜艇才能运多少。
前线的进攻放缓让希特勒心急如焚，9月12日，希特勒从东普鲁士飞抵乌克兰的文尼察，召见了b集团军群司令魏克斯上将和第6集团军司令保卢斯上将，命令他们于9月13日对斯大林格勒发起新的进攻，并决定从因为补给困难导致燃油紧缺而进攻无望的高加索方向抽调9个师加强给第6集团军。
进过一段紧张的战略调整，斯大林格勒方向上的德国及其盟国部队共有50多个师，其中直接进攻斯大林格勒的有13个师，17万人，而苏军斯大林格勒方面军和东南方面军虽有120个师但人员缺额严重，实际防守斯大林格勒的是第62和64集团军，共有9万余人，1000余门火炮，120辆坦克。
9月13日，德军开始攻城，保卢斯第6集团军担当主力，从城北实施猛烈突击，霍特第4装甲集团军则从城南推进，策应保卢斯在城北的主攻，苏军崔可夫中将指挥的第62集团军和舒米洛夫少将指挥的第64集团军受领了保卫斯大林格勒市区的任务。
14日，德军从城北突入市区，与苏第62集团军展开了激烈的巷战，双方逐街逐楼逐屋反复争夺，斯大林格勒变成了一片瓦砾场，城中80%的居住区被摧毁，在满是瓦砾和废墟的城中，在苏联最高统帅部的“后退一步就枪毙”的严令下，苏联第62集团军顽强抵抗，在城中的每条街道，每座楼房，每家工厂内都发生了激烈的枪战，攻入城中的德军死伤人数不断增加，尽管德军对伏尔加河东岸进行频繁的轰炸，但是由于实现的均沒有切断苏联军队的补给线，所以苏军还是从那里得到了不断的补给和支持，刚刚赶赴城中的红军战士的平均存活时间不超过24个小时，军官也只有约三天的平均存活时间，德军的主要战术是各兵种联合作战，非常重视步兵、工程部队、炮兵和空军的地面轰炸的协调，为了对抗这种战术，苏军指挥官采取了贴身紧逼的策略，尽量将己方的前线与德军贴近，这就和后世朝鲜战争是我军采取夜战和拥有高技术兵器的美军作战一样，以己之长击敌之短，这样导致了德军的炮兵部队无法发挥远程攻击的优点。
9月15日，德军对马马耶夫高地实施重点突击，该高地是斯大林格勒城中的制高点，从这里可以俯瞰和控制全城，崔可夫中将的第62集团军司令部即设在这里，经过一天最为残酷的战斗，德军占领了马马耶夫高地，但在16日，苏近卫第13师渡过伏尔加河进入斯大林格勒，突然向德军发起反冲击，又夺回了该高地，很多重要据点双方进行了反复争夺，第一火车站的争夺战达一周之久，德军不顾一切，一步步向市中心逼近。
9月25日，德军占领了市中心，27日冲进了北部工厂区，并重新占领了马马耶夫高地，但在29日又被苏军夺回，以后的战斗更加激烈，两方军队不断地交替占领这片高地，斯大林格勒工业区修建在丘陵中，建筑物用钢筋混凝土浇筑或用石头砌成，这样复杂的地形让德军的重型喜欢被和坦克毫无用武之地，德军只好依靠手里面的手榴弹迫击炮來作为重型武器，在不久前还得到了一批火箭筒，但是数量极少，所以德军的推进速度很慢，不是用公里，而是用米來衡量。
在战斗中，谁对各个战斗要点的争夺非常激烈，甚至一块儿废墟都需要往复的争夺，对火车站反复争夺达13次之多，在一个大粮食仓库里，两军的士兵非常接近，甚至能够听到对方的呼吸声，经过数个星期的苦战，德军不得不从这个仓库撤走，在城中的另一个部分，由扬科夫·巴甫洛夫指挥的一个小分队（共计6人）占据了城中心的一座公寓楼，并顽强地进行抵抗，士兵们在大楼附近埋设了大量地雷，并在窗口安设了机枪，还将地下室的隔墙打通以便通讯。
残泪的巷战，甚至都已经不能称之为巷战，由于德军无法看到战斗结束的迹象，便开始调遣包括600毫米臼炮等重装甲部队开入城内，然而在伏尔加河东岸的苏联火炮部队将德军置于其炮火笼罩之下，而城中的红军防御部队仍然利用废墟进行战斗，由于城内布满了高达数米的瓦砾堆和废弃建筑，德国的坦克部队毫无用武之地，此外，这种地形在沒有德军的重装甲部队的威胁下，苏联的狙击手非常成功地利用废墟作为掩体，给德军造成了极大伤亡。
这个时候斯大林格勒的战事和其他德军战线一样同样陷入了困境，