2 октября немцы начали штурмовать центр города и завод «Красный Октябрь». Их 295-я пехотная дивизия в 6 часов утра атаковала с тыла и правого фланга 13-ю гвардейскую дивизию. Советские войска выдержали атаку и в конце концов уничтожили немцев, проникших в их тыл. Развернулось активное наступление против советских позиций на территории завода, где в тяжелейших условиях, неся огромные потери, сражалась 112-я стрелковая дивизия. 193-я стрелковая дивизия оборонялась на территории кухонь завода «Красный Октябрь», бани и рабочего поселка, в то время как 39-я гвардейская дивизия удерживала заводской комплекс. Один из выживших в этом сражении за завод позже вспоминал, что «худшего места для боев не было... тяжелые металлические плиты, скрипящие на ветру», стены и опоры, готовые обрушиться. На южном фланге, к юго-западу от
Елыпанки, 64-я советская армия перешла в контратаку четырьмя стрелковыми дивизиями, пытаясь соединиться с 62-й армией, на этом участке развернулись тяжелые бои, но к концу следующего дня она была отброшена.
Определив место, где мог располагаться штаб Чуйкова, немецкая артиллерия начала обстрел промышленной зоны города и ударила по нефтехранилищу. Обе стороны были уверены, что нефти там нет, и все были в шоке, когда оно взорвалось, Волга загорелась, а огромные клубы черного дыма поднялись в небо. Чуйков был заперт в своем штабе в течение трех дней. Телефонные линии сгорели, связь поддерживалась только по радио. С другого берега Волги начальник штаба Еременко посылал один за другим радио запросы о расположении позиций противника, но истинной их целью было убедиться, что 62-я армия еще в строю. На какое-то время воцарилась тревожная тишина, но затем связист штаба 62-й армии передал короткое сообщение: «Мы там, где больше всего дыма и огня».
Подкрепления для 62-й армии продолжали поступать. В ночь со 2 на 3 октября через Волгу была переправлена 308-я стрелковая дивизия, она заняла позиции на заводе «Баррикады», около тракторного завода, между 112-й и 308-й дивизиями. Еременко выслал за реку 37-ю гвардейскую стрелковую дивизию под командованием генерал-майора Жолудева. Она прибыла, но без противотанковых орудий. Затем подошла 8-я танковая бригада, но так как тяжелые «Т-34» было невозможно переправить на баржах, в ее распоряжении остались только легкие танки, служившие долговременными огневыми точками посреди развалин.
3 октября тяжелейшее сражение за Орловку достигло своего апогея, когда советская 115-я
К моменту начала Сталинградской битвы по приказу Гитлера уже были выпущены памятные металлические знаки «Крым», «Нарвик» и «Холм». Участники этих сражений должны были носить их на рукаве верхней одежды. Гитлер предложил создать подобный значок и для солдат, воевавших в Сталинграде. Паулюс согласился, но остальные выступили против этой идеи, а начальник штаба 6-й армии Шмидт резонно заметил, что Сталинград еще не взят и для наград время еще не пришло.
Паулюс приказал создать такой знак служащим 637-й роты пропаганды, а те, в свою очередь, поручили военному художнику Эрнсту Айгенеру разработать его дизайн. Айгенер прошел всю войну вместе с немецкими войсками — он был в Польше, во Франции, стал свидетелем вторжения в Советский Союз и сейчас был в Сталинграде. Он забирался в танки, залезал на грузовики, вместе с пехотой месил грязь, — ему хотелось все испытать, все попробовать самому. Он любил жизнь и все живое и, конечно, ненавидел войну. Друзья говорили, что он не умеет смеяться; но это было не совсем верно — они имели в виду, что никогда не видели, чтобы он смеялся. Айгенера притягивал о то, мимо чего другие проходят, не удостоив внимания, например, никому не интересные
стрелковая бригада попыталась отразить атаку 14-го танкового корпуса немцев. Советские войска несли огромные потери, но они решили во что бы то ни стало прорваться через Орловку к заводам. В районе заводов 308-я стрелковая дивизия провела контратаки, отбросившие немцев к силикатному заводу.