9月13日，德軍攻入市區，次日攻佔市中心的馬馬耶夫崗。巷戰中，雙方逐街逐樓逐屋反復爭奪，對火車站反復爭奪達13次之多。

　　蘇軍近衛第1集團軍和第24、第66集團軍9月份在該市以北幾乎不停頓地實施反突擊，有力地支援了史達林格勒市區的保衛戰。

　　在史達林格勒以南發動局部進攻戰役的蘇軍第57、第51集團軍也牽制了德軍的重兵集團。28日，史達林格勒方面軍改稱頓河方面軍(司令為K。K。羅科索夫斯基中將)，東南方面軍改稱史達林格勒方面軍。

　　9月底，德軍指揮部命令羅馬尼亞第3集團軍在史達林格勒西北方向投入戰鬥。此時在進攻史達林格勒的德軍“B”集團軍群編成內作戰的兵力已達80多個師。

　　10月15日，德軍在一個狹小地段突至史達林格勒拖拉機廠及其附近的伏爾加河地域。

　　11月11日，他們最後一次企圖攻佔該市，並在“街壘”工廠以南衝到伏爾加河岸，但其攻勢已成強弩之末。18日，史達林格勒會戰的防禦階段結束。

　　這一階段，德軍死傷約70萬人，損失火炮和迫擊炮2000余門、坦克和強擊火炮1000余輛、作戰飛機和運輸機1400余架。德軍統帥部企圖攻佔史達林格勒的計劃宣告破產。