Еще до этого приказа, когда стала достаточно очевидной цель немецкой группы «Б», Ставкой был создан Сталинградский фронт, с 23 июля возглавленный генералом В.Н. Гордовым. Перед Сталинградским фронтом стояла задача, обороняясь в полосе шириной пятьсот двадцать километров, остановить дальнейшее продвижение противника. Выполнение этой задачи фронт начал, имея всего двенадцать дивизий, включавших только сто шестьдесят тысяч человек, две тысячи двести орудий и минометов и около четырехсот танков. В течение июля – августа Сталинградский фронт был несколько усилен за счет других фронтов и резерва. Тем не менее к началу боев за Сталинград противник превосходил здесь советские войска в людях в 1,7 раза, в артиллерии и танках в 1,3 раза, в самолетах более чем вдвое.
Оборонительная операция началась еще на дальних подступах к Сталинграду. С 17 июля (этот день считается началом Сталинградской битвы) передовые отряды Шестьдесят второй и Шестьдесят четвертой армий в течение шести суток оказывали врагу ожесточенное сопротивление на рубеже рек Чир и Цимла. Это заставило Шестую немецкую армию развернуть часть главных сил и позволило выиграть время для усовершенствования обороны на основном рубеже. Борьба за главную полосу обороны началась 23 июля. Противник пытался охватывающими ударами по флангам советских войск в большой излучине Дона окружить их, выйти в район Калача и с запада прорваться к Сталинграду. Однако упорная оборона советских войск не дала врагу выполнить первоначальный план.
Героическое сопротивление советских армий в излучине Дона позволило провести большие работы по подготовке Сталинграда к обороне. На подступах к Сталинграду строились четыре оборонительных обвода: внешний, средний, внутренний и городской. К началу битвы оборудовать их полностью не удалось, но они сыграли немалую роль в обороне города. А 10 августа советские войска отошли на левый берег Дона, заняли оборону на внешнем обводе Сталинграда и приостановили продвижение врага.
19 августа немецкие войска возобновили наступление, стремясь овладеть Сталинградом одновременными ударами с запада и юго-запада. 23 августа немцам удалось прорваться к Волге севернее Сталинграда, и они сразу попытались захватить город ударом с севера вдоль Волги. В тот же день немецкая авиация подвергла Сталинград варварской бомбардировке, в результате которой погибло около сорока тысяч его жителей, а сам город был сильно разрушен. Для отражения удара были срочно задействованы резервы, в бой брошено и народное ополчение. В результате враг был остановлен на северо-западных окраинах города. Но немецкое командование, продолжая наращивать силы, в начале августа ввело в сражение северо-западнее Сталинграда Восьмую итальянскую, а в конце сентября Третью румынскую армии. Основные же силы Шестой немецкой армии были сосредоточены для борьбы непосредственно за город. К концу сентября в составе группы армий «Б», наступавшей на Сталинград, действовало более восьмидесяти дивизий противника. На Сталинградское направление были перенесены главные усилия фашистских войск. Гитлеровское командование стремилось в кратчайший срок овладеть Сталинградом.
Защитники Сталинграда
К 12 сентября противник вплотную подошел к городу также с запада и юго-запада. В городе развернулись ожесточенные уличные бои. Оборону города вели Шестьдесят вторая армия генерала Чуйкова и Шестьдесят четвертая армия генерала Шумилова. 15 октября немецким войскам на узком участке удалось прорваться к Волге в районе Сталинградского тракторного завода и рассечь советскую группировку в Сталинграде на две части. Бои приняли небывало ожесточенный характер. Мамаев курган несколько раз переходил из рук в руки. Славой покрыли себя защитники «дома Павлова». 11 ноября войска Паулюса предприняли последнюю попытку овладеть городом. Им удалось пробиться к Волге южнее завода «Баррикады». Но это был последний успех немецких войск.
18 ноября 1942 года закончился оборонительный период Сталинградской битвы. В ходе его войска немцев и их союзников потеряли, по разным данным, от четырехсот до семисот тысяч убитыми и ранеными, свыше двух тысяч орудий и минометов, более тысячи танков и штурмовых орудий и свыше тысячи четырехсот боевых и транспортных самолетов. План гитлеровского командования, рассчитанный на быстрое овладение Сталинградом, а также план всей летнеосенней кампании 1942 года были сорваны.