Гитлер и его генералы были обескуражены таким упорным сопротивлением советских войск. Они никак не ожидали, что, по их мнению, дезорганизованные еще в июне и малочисленные русские армии, смогут остановить немецкий марш к Волге. За месяц с 17 июля по 17 августа немецкие войска, во всем превосходящие русских продвинулись лишь на 60–80 км (это по 2 км в день). Гитлер был крайне недоволен действиями командующих 6-й и 4-й армий, Два срока взятия Сталинграда, назначенные им лично, прошли, но Паулюс и Гот, все еще не окружили и не уничтожили русских на правом берегу Дона, а топтались в междуречье. Сталинград, как насос втягивал все больше и больше сил и резервов. Безвозвратно уходило ценнейшее время, ломалась и рушилась судьба всей летней кампании. Гитлер нервничал и требовал «любой ценой взять Сталинград или стереть его с карты».
После того, как попытка захватить Сталинград разновременными ударами сорвалась, командование группы армий «Б» решило овладеть городом одновременными концентрическими ударами. 6-я армия Паулюса наступала от Трехостровского на северную окраину и в центр Сталинграда, а 4-я танковая Гота — от Абганерово — Плодовитая на южную окраину (схема 7). Для обеспечения стыка между армиями — наметили удар от Калача на восток. Авторами этого плана были, по-видимому, сам Паулюс и его начальник штаба генерал Шмидт. Во всяком случае, план изложен за подписью Паулюса в «Армейском приказе на наступление на Сталинград» от 19 августа 1942 года в 18 часов 45 минут. В замысле расчетливо предполагалось охватывающими клиньями замкнуть в кольцо 62-ю и 64-ю советские армии, а ударом от Калача разорвать стык между ними и уничтожить в двух полукотлах. Клин от хут. Трехостровский через хут. Вертячий на Рынок учитывал отсутствие у русских на северной оконечности города укрепленного участка обороны, подобного Красноармейскому. А клин 4-й танковой проходил с юга, минуя ключевой участок Красноармейск — Бекетовка. Это сближало ударные группировки, и, таким образом, улучшало их взаимодействие и усиливало ударную мощь. Сдвиг 4-й танковой «влево» от Красноармейска был обусловлен отнюдь не недооценкой «краеугольной точки» Сталинграда, но опасением, что Гот снова увязнет в безрезультатных боях за высоты и весь план утратит смысл. Опыт был учтен.
Паулюс, как старший командующий, которому оперативно подчинялась 4-я танковая армия Гота, сосредоточил танковые корпуса на флангах группировки: на северном — две танковые и две моторизованные, а на южном — три танковые и две моторизованные дивизии. В центре (от Калача) он двинул в наступление девять пехотных дивизий. Группировка превосходила советские войска по численности в 2 раза, по артиллерии — в 1,5, по самолетам — в 3, по танкам — в 4 раза.
Уже в день подписания приказа 6-я армия предприняла атаки с целью форсировать Дон. Начался новый этап обороны — бои на внешнем и среднем обводах. Первая попытка немцев переправиться у Нижне-Акатова и Нижне-Герасимова закончилась полным уничтожением переправившихся немецких частей. После этого Паулюс перенес атаки на Вертячий и Песковатку, создал на узком участке многократное превосходство, подтянув сюда 6 дивизий (2 моторизованные, танковую и 3 пехотных), усиленных артиллерией. Эти силы при непрерывной массированной поддержке авиации создали огневой щит прикрытия переправ из всех огневых средств танковых и моторизованных дивизий и полевой артиллерии. Этому натиску противостояла лишь 98-я дивизия полковника И. Баринова (затем И. Сергеева) и три батальона 54-го укрепрайона (полковник М. Карначев). Гордов и Лопатин немедленно перебросили на помощь 87-ю дивизию (полковник Казарцев), два ИПТАП и другие части. В жестоких схватках «атаки-контратаки» немцы смогли продвинуться лишь там, где на позициях уже не оставалось ни одного защитника. К исходу 20 августа Паулюсу все же удалось буквально втиснуть на небольшой плацдарм две свои дивизии, а к исходу 21 августа переправить еще две. Но далее из-за больших потерь он был вынужден сделать паузу, чтобы подготовить бронированный клин для броска на Сталинград 23 августа.