进过一段紧张的战略调整，斯大林格勒方向上的德国及其盟国部队共有5o多个师，其中直接进攻斯大林格勒的有13个师，17万人。而苏军斯大林格勒方面军和东南方面军虽有12o个师但人员缺额严重，实际防守斯大林格勒的是第62和64集团军，共有9万余人，1ooo余门火炮，12o辆坦克。

9月13日，德军开始攻城。保卢斯第6集团军担当主力，从城北实施猛烈突击。霍特第4装甲集团军则从城南推进，策应保卢斯在城北的主攻。苏军崔可夫中将指挥的第62集团军和舒米洛夫少将指挥的第64集团军受领了保卫斯大林格勒市区的任务。

14日，德军从城北突入市区，与苏第62集团军展开了激烈的巷战，双方逐街逐楼逐屋反复争夺。斯大林格勒变成了一片瓦砾场，城中8o%的居住区被摧毁。在满是瓦砾和废墟的城中，在苏联最高统帅部的“后退一步就枪毙”的严令下，苏联第62集团军顽强抵抗，在城中的每条街道，每座楼房，每家工厂内都生了激烈的枪战。攻入城中的德军死伤人数不断增加。尽管德军对伏尔加河东岸进行频繁的轰炸，但是由于实现的均没有切断苏联军队的补给线，所以苏军还是从那里得到了不断的补给和支持。刚刚赶赴城中的红军战士的平均存活时间不过24个小时，军官也只有约三天的平均存活时间。德军的主要战术是各兵种联合作战，非常重视步兵、工程部队、炮兵和空军的地面轰炸的协调。为了对抗这种战术，苏军指挥官采取了贴身紧逼的策略，尽量将己方的前线与德军贴近。这就和后世朝鲜战争是我军采取夜战和拥有高技术兵器的美军作战一样，以己之长击敌之短，这样导致了德军的炮兵部队无法挥远程攻击的优点。

9月15日，德军对马马耶夫高地实施重点突击。该高地是斯大林格勒城中的制高点，从这里可以俯瞰和控制全城，崔可夫中将的第62集团军司令部即设在这里。经过一天最为残酷的战斗，德军占领了马马耶夫高地。但在16日，苏近卫第13师渡过伏尔加河进入斯大林格勒，突然向德军起反冲击，又夺回了该高地。很多重要据点双方进行了反复争夺，第一火车站的争夺战达一周之久。德军不顾一切，一步步向市中心逼近。

9月25日，德军占领了市中心，27日冲进了北部工厂区，并重新占领了马马耶夫高地，但在29日又被苏军夺回。以后的战斗更加激烈，两方军队不断地交替占领这片高地。斯大林格勒工业区修建在丘陵中，建筑物用钢筋混凝土浇筑或用石头砌成。这样复杂的地形让德军的重型喜欢被和坦克毫无用武之地，德军只好依靠手里面的手榴弹迫击炮来作为重型武器，在不久前还得到了一批火箭筒，但是数量极少！所以德军的推进度很慢，不是用公里，而是用米来衡量。

在战斗中，谁对各个战斗要点的争夺非常激烈，甚至一块儿废墟都需要往复的争夺。对火车站反复争夺达13次之多。在一个大粮食仓库里，两军的士兵非常接近，甚至能够听到对方的呼吸声，经过数个星期的苦战，德军不得不从这个仓库撤走。在城中的另一个部分，由扬科夫·巴甫洛夫指挥的一个小分队（共计6人）占据了城中心的一座公寓楼，并顽强地进行抵抗。士兵们在大楼附近埋设了大量地雷，并在窗口安设了机枪，还将地下室的隔墙打通以便通讯。

残泪的巷战，甚至都已经不能称之为巷战，由于德军无法看到战斗结束的迹象，便开始调遣包括6oo毫米臼炮等重装甲部队开入城内。然而在伏尔加河东岸的苏联火炮部队将德军置于其炮火笼罩之下。而城中的红军防御部队仍然利用废墟进行战斗。由于城内布满了高达数米的瓦砾堆和废弃建筑，德国的坦克部队毫无用武之地。此外，这种地形在没有德军的重装甲部队的威胁下，苏联的狙击手非常成功地利用废墟作为掩体，给德军造成了极大伤亡。

这个时候斯大林格勒的战事和其他德军战线一样同样陷入了困境！