Утром 5 сентября Жуков нанес решающий удар, бросив в наступление одновременно четыре армии. Несколько раз танки и пехота волнами накатывались на немецкие позиции сразу в нескольких местах. В первой половине дня советским войскам удалось сразу в шести местах прорвать оборону, которая буквально трещала по швам. Решающую роль снова сыграла мощная поддержка авиации. На протяжении всего дня бомбардировщики и штурмовики беспрерывно атаковали наступающие танки. «Русские бросили на нас все, –
писал в дневнике гауптман Пабст. – Огромные массы танков. Затем пришли мы. Делаем круг, ищем цель и пикируем. Их танки окрашены в камуфляж, но мы находим и уничтожаем большинство из них». В результате десятки Т-34 дымились среди холмов. «В течение всего дня наши наступающие части подвергались воздействию авиации противника группами по 20–40 самолетов, – жаловался штаб Сталинградского фронта. – При этом бомбардировка производилась ими методично, с прицеливанием каждой бомбы. Некоторые группы бомбардировщиков находились над войсками более часу. Отмечено сбрасывание с самолетов кусков рельс, пустых бочек. Наши самолеты тоже появлялись группами по 20–30 самолетов, но над полем боя они держались 5—10 мин. После штурмового налета они шли на аэродромы, а над полем боя опять оставались только самолеты противника». По немецким данным, в течение дня было подбито и уничтожено 112 танков, из которых 20 было на счету зенитной артиллерии и около 40 на счету авиации. В то же время немецкие истребители беспрерывно барражировали над линией фронта, не подпуская к полю боя советские штурмовики и бомбардировщики. «При сильном напряжении всех сил, ослабленных в боях последних дней, со значительными потерями в людях и вооружении, введя в бой последние резервы и израсходовав большое количество боеприпасов, в целом удалось удержать линию обороны. Особенную помощь оказали мощные удары штурмовиков и бомбардировщиков VIII авиакорпуса», – докладывал штаб Витерсхайма вечером 5 сентября. «В течение 5 сентября русские так же оставались активными. Но их разбивают налеты нашей авиации», – констатировал обер-лейтенант Зиттиг из 7./Gr.Rgt.8.(mot).На следующий день наступление на северный фланг 6-й армии, который сами немцы окрестили «северным заслоном», возобновилось. При этом на немецкие аэродромы опустился туман, сделавший невозможным взлет штурмовиков и истребителей. Отсутствие в небе привычного завывания «Штук» сразу же вызвало панику у немецких солдат. А потом пехотинцы увидели, что несколько групп Ju-87 и Hs-123 пролетело в направлении Сталинграда. «Люфтваффе действуют в интересах всей армии и не могут ежедневно работать только на 14-й танковый корпус, –
ответил Паулюс Витерсхайму в ответ на его претензии. – Сегодня утром был туман и взлет был невозможен, кроме того, 389-я пехотная дивизия неожиданно продвинулась вперед и центр приложения усилий люфтваффе был там». Витерсхайму пришлось бросить в бой свои последние резервы, состоящие уже из отдельных танков. И лишь во второй половине дня «Штуки», «Мессершмитты» и «Хеншели» вновь обрушились на позиции и ближние тылы 24-й и 1-й гвардейской армий.