Германским пехотным ротам удалось прорваться к устью Царицы, и вход в подземный штаб 62-й армии Чуйкова попал под прямой огонь. Блиндаж наполнился ранеными. От влажности стало почти невозможно дышать. Штабные офицеры от недостатка кислорода падали в обморок. Чуйков вынужден был вновь сменить месторасположение своего штаба. Для этого пришлось переправиться на восточный берег, подняться чуть выше по течению реки и вернуться на западный берег.
Ожесточенный бой разгорелся за Мамаев курган. Если бы немцы его захватили, их артиллерия получила бы возможность свободно простреливать Волгу. Один из стрелковых полков НКВД удерживал небольшую часть холма до прибытия подкрепления. Теперь Мамаев курган очень мало напоминал тот парк, по которому любили гулять влюбленные парочки. На выжженной земле не осталось ни единой травинки. Склоны кургана обезобразили глубокие воронки. Впрочем, в этом была и своя выгода: во время многочисленных атак и контратак воронки служили солдатам естественными укрытиями.
Немало подвигов совершили советские солдаты во время битвы за Мамаев курган. Один из гвардейцев Родимцева заслужил славу героя, сорвав и растоптав немецкий флаг, установленный на вершине холма бойцами 295-й пехотной дивизии вермахта. Куда меньше известно об отнюдь не героических эпизодах. Так, командир одной русской батареи, страшась обвинения в трусости, бежал прямо с поля боя. Орудийные расчеты тоже ударились в бегство, когда их батарею атаковала немецкая пехота. Показателен следующий случай. 16 сентября в одиннадцать часов вечера командир взвода 112-й стрелковой дивизии, находившейся в пяти километрах к северу от кургана, обнаружил, что пятеро солдат отсутствуют на боевой позиции. Вместо того чтобы принять меры к их обнаружению, он просто доложил об этом факте командиру роты. Примерно в час ночи в расположение взвода для расследования прибыл комиссар Колабанов. С немецкой стороны доносился голос, по-русски обращавшийся к советским солдатам. «Вы должны дезертировать, – увещевал приятный баритон. – Немцы вас досыта накормят и будут хорошо обращаться. Бегите из Красной Армии, пока вас не настигла пуля работника НКВД». Многие бойцы были названы по именам. Не успел комиссар опомниться, как несколько солдат рванули к нейтральной полосе. Никто из бойцов взвода не стал стрелять в спину бывшим товарищам, чем вызвали ярость Колабанова. Впоследствии оказалось, что дезертировало десять человек, в том числе один сержант. Командир взвода тотчас же был арестован и предан суду военного трибунала. Расстреляли его или он попал в штрафной батальон – неизвестно. В той же дивизии капитан М. пытался уговорить двух офицеров дезертировать вместе с ним к немцам. Однако ручаться за достоверность этой версии нельзя, возможно, за ней скрывается сведение личных счетов.
Несмотря на то, что немцы контратаковали вновь и вновь, гвардейцам Родимцева и остаткам стрелкового полка НКВД все же удалось закрепиться на Мамаевом кургане. Наступление 295-й пехотной дивизии вермахта было окончательно остановлено. Потери в личном составе у немцев были крайне велики. В основном благодаря стараниям русских снайперов погибло очень много офицеров. За две недели боев в одной из рот 295-й пехотной дивизии сменилось три командира.
Бои на Мамаевом кургане продолжались. Немецкая тяжелая артиллерия продолжала обстреливать русские позиции еще в течение двух месяцев. Василий Гроссман так писал об этих сражениях: «Снаряды вздымали землю высоко в воздух, затем глина под действием силы тяжести падала вниз, а мелкая пыль взвивалась в небо. Горы трупов кругом, которые то засыпало землей, то вновь выбрасывало на поверхность». Много лет спустя на Мамаевом кургане были обнаружены скелеты немецкого и русского солдата, которые, судя по всему, закололи друг друга штыками. По утверждению Жукова, «то были очень тяжелые для Сталинграда дни». Посол США в Москве считал, что дни города сочтены. Да и в Кремле мало кто в этом сомневался. Вечером 16 сентября Поскребышев, ни слова не говоря, вошел в кабинет Сталина и положил на стол шифрограмму Главного разведуправления Генерального штаба. Это был перевод радиообращения из Берлина: «Несокрушимые германские войска захватили Сталинград. Россия разрезана на две части – север и юг – и скоро прекратит свое существование как суверенное государство». Сталин несколько раз перечитал донесение и молча встал у окна. Затем приказал Поскребышеву немедленно соединить его со Ставкой. По телефону он зачитал приказ: «Еременко и Хрущеву немедленно доложить обстановку в Сталинграде. Действительно ли город захвачен немцами?» Сталин потребовал прямого и правдивого ответа.
На самом деле опасность захвата Сталинграда войсками вермахта уже миновала. Дивизия Родимцева подоспела как раз вовремя. На подходе стояли 95-я стрелковая дивизия Горишного и бригада морской пехоты, призванные усилить 35-ю стрелковую дивизию, сражавшуюся южнее Царицы.