Части 62-й и 64-й армии оказывали ожесточенное сопротивление соединениям 6-й армии Паулюса на рубеже рек Чир и Цимла. 23–29 июля 6-я армия предприняла попытку с ходу ворваться в Сталинград. В результате упорной обороны 62-й и 64-й армий и контрудара соединений 1-й и 4-й танковых армий замысел противника был сорван. Мощь сопротивления советских войск убедила Паулюса, что 6-я армия не сможет в одиночку переправиться через Дон, и в первой неделе августа наступило временное затишье.
Немецкое командование еще 31 июля вынуждено было повернуть 4-ю танковую армию генерал-полковника Г. Гота с кавказского на сталинградское направление. Ее передовые части вышли к Котельниковскому, создав угрозу прорыва к городу с юго-запада. Начались бои на юго-западных подступах к Сталинграду.
Для облегчения управления войсками, растянутыми в полосе 500 км, Ставка ВГК в начале августа разделила Сталинградский фронт на два фронта: Сталинградский и Юго-Восточный, командование которыми было возложено на генерал-полковника А. И. Еременко. Главные усилия Сталинградского фронта направлялись на борьбу против 6-й немецкой армии, наступавшей на Сталинград с запада и северо-запада, а Юго-Восточного — на оборону юго-западного направления. 9-10 августа войска Юго-Восточного фронта нанесли контрудар по 4-й танковой армии и вынудили ее перейти к обороне.
Прорывом 6-й и 4-й танковых армий к внешнему обводу и переходом войск Сталинградского фронта к жесткой обороне завершились оборонительные бои на дальних подступах к Сталинграду.
Немецкое командование произвело перегруппировку сил внутри обеих армий. Войска прибывшей в начале августа в состав группы армий «Б» 8-й итальянской армии сменили 29-й корпус 6-й армии, оборонявшей широкий участок Дона. На усиление 6-й армии был передан поступивший из резерва верховного командования сухопутных войск 11-й армейский корпус.
19 августа две ударные группировки противника перешли в наступление, нанося одновременно удары с запада и юго-запада с целью овладеть Сталинградом. Вначале немецкое наступление развивалось медленно. В результате с 21 августа по 3 сентября шли ожесточенные бои на среднем обводе. К вечеру 23 августа 14-му танковому корпусу удалось выйти к Волге северо-западнее города. Десятки немецких танков прорвались к району тракторного завода. Вслед за ними двигались моторизованные и пехотные части. Противник хотел с ходу ворваться в город через его северную окраину. Однако этот удар немецких войск был отражен. В тот же день немецкая авиация произвела первый массированный налет на Сталинград, в котором приняли участие все авиакорпуса 4-го воздушного флота фельдмаршала В. фон Рихтгофена вместе с имевшимися эскадрильями трехмоторных Ю-52 и дальними бомбардировщиками с аэродромов в Керчи и Орле, совершившими около 2 тысяч самолетовылетов. Сталинград был охвачен пламенем. Это был акт террора, предпринятый с целью деморализовать защитников города.
Прорыв противника к Волге еще более осложнил и ухудшил положение частей, оборонявших город. Советское командование приняло меры к уничтожению прорвавшейся к Волге группировки противника. Контрударами войск Сталинградского фронта с северо-запада по левому флангу 6-й немецкой армии наступление противника на северо-западных подступах к Сталинграду было остановлено. Поскольку 62-я армия оказалась отрезанной от остальных войск Сталинградского фронта, она была передана в состав Юго-Восточного фронта.
Однако немецкое командование продолжало наращивать силы, сосредоточивая основные из них для борьбы непосредственно за город. К концу сентября в составе группы армий «Б», наступавшей на Сталинград, действовало свыше 80 дивизий. (Великая Отечественная война 1941–1945. Энциклопедия. С. 683.) Противник пытался в кратчайшие сроки овладеть Сталинградом.
С 12 сентября дальнейшая оборона Сталинграда возлагалась на 62-ю армию, командование которой принял генерал В. И. Чуйков и войска 64-й армии генерала М. С. Шумилова. 13 сентября противник начал наступление на центральную часть города и вышел к Волге. Фланги обеих армий были разъединены. В середине сентября положение защитников Сталинграда резко осложнилось, бои приняли исключительно ожесточенный характер.