Новым командующим 62-й армии назначили генерала Чуйкова. В подчиненных ему войсках насчитывалось двенадцать стрелковых дивизий (33-я и 35-я гвардейские, 87, 98, 112, 131, 196, 229, 244, 315, 399-я и 10-я стрелковая дивизия НКВД), семь стрелковых (10, 38, 42, 115, 124, 129, 145-я) и пять танковых бригад, 20-я истребительная бригада, двенадцать артиллерийских и минометных полков. Однако многие дивизии по численности были меньше батальона — 250–1000 штыков, общая численность 35-й гвардейской вместе с приданными подразделениями составляла 664 человека, 23-й танковый корпус имел 40–50 танков, из которых 30% использовались как неподвижные огневые точки. Более-менее укомплектованными были 10-я дивизия НКВД (7500 человек) да три отдельные стрелковые бригады. Всего 62-я армия имела к середине сентября около 54 тысяч человек, 900 орудий и минометов, 110 танков. Локтевой связи с соседями не было, фланги армии упирались в Волгу. Немцы прочно удерживали господство в воздухе.

Силы 6-й армии Паулюса в этой полосе советскими источниками оцениваются в 100 тысяч солдат и офицеров, около 2000 орудий и минометов, 500 танков и штурмовых орудий. По мнению же бывших генералов вермахта: «Немецкие армии начали эту борьбу настолько ослабленными, что в обычных условиях о них можно было бы сказать, что они «измотаны боями». Роты редко насчитывали более 60 человек, танковые дивизии — только 60— 80 исправных танков. Но и силы 62-й армии русских в начале сентября были настолько истощены, что во всем районе города не было резервов».

13 сентября немцы начали штурм. Основной удар они наносили в направлении Мамаева кургана силами 295-й пехотной дивизии и железнодорожного вокзала — 76-я и 71-я дивизии. В первый день им удалось лишь несколько потеснить советские части. Вечером командующий фронтом приказал Чуйкову выбить противника с занятых участков и восстановить положение. В 3.30 14 сентября части 62-й армии перешли в контратаку, которая успеха не принесла. К 12 часам немцы сосредоточили пять дивизий на узком участке фронта и нанесли сильнейший удар. С воздуха их поддерживали сотни самолетов. Боевые действия разгорелись на улицах города. Этот день был одним из наиболее тяжелых для защитников Сталинграда. В описании Чуйкова, повторяющем неизменные штампы наших мемуаристов, солдаты вермахта выглядели как сборище опереточных злодеев:

«Несмотря на громадные потери, захватчики лезли напролом. Колонны пехоты на машинах и танках врывались в город. По-видимому, гитлеровцы считали, что участь его решена, и каждый из них стремился как можно скорее достичь Волги, центра города и там поживиться трофеями. Наши бойцы… видели, как пьяные гитлеровцы соскакивали с машин, играли на губных гармошках и плясали на тротуарах. Фашисты погибали сотнями, но свежие волны резервов все больше наводняли улицы».

С левого берега Волги обороняющихся поддерживали 250 орудий и тяжелых минометов фронтовой артиллерийской группы — шесть артиллерийских и минометных полков, артиллерия 2-го танкового корпуса, зенитная артиллерия Сталинградского корпусного района ПВО, четыре полка реактивной артиллерии. По прорвавшимся в город войскам противника из своих 50 орудий вели огонь корабли Волжской военной флотилии.

К исходу дня «пьяные гитлеровцы» овладели вокзалом, выбив оттуда трезвых сталинцев, и заняли Мамаев курган, который господствовал над всем Сталинградом и левым берегом Волги. Бой шел в 800 метрах от командного пункта 62-й армии, расположенного в балке реки Царица у ее устья. Возникла угроза выхода противника к центральной переправе. Войск в центре у Чуйкова почти не осталось — в районе вокзала оборону держал заградотряд 62-й армии. Ожесточенные бои развернулись и на левом фланге, в районе пригорода Минина, который атаковали дивизии Гота.

Положение спасла прибывшая с левобережья в ночь на 15 сентября 13-я гвардейская стрелковая дивизия генерал-майора А.И. Родимцева, имевшая 10 тысяч бойцов. Она с ходу вступила в бой и выбила врага из центра города. К полудню 16 сентября ударом 39-го гвардейского полка немцы были сброшены и с Мамаева кургана. Атака, по описанию командира 1-го батальона И.И. Исакова, была, можно сказать, психическая: «Пошли цепью. Наша атака со стороны выглядела ненастоящей. Ей не предшествовали ни артиллерийская подготовка, ни удар авиации. Не поддерживали нас и танки. Никто не перебегал, не ложился — бойцы шли и шли… Противник открыл ружейно-пулеметный огонь. Видно было, как в цепях падали люди, некоторые поднимались и снова двигались вперед… Курган перешел в наши руки… Правда, за сравнительно короткое время атаки — а она продолжалась часа полтора-два — мы понесли весьма ощутимые потери. Убитых и раненых могло быть значительно меньше, если бы нас поддерживала артиллерия. Вооружены мы были лишь винтовками, автоматами, пулеметами и минометами». До вечера гвардейцы отбили двенадцать контратак. Большие потери понесла и 295-я пехотная дивизия вермахта.

Первые дни обороны были для Чуйкова особенно трудными не только ввиду превосходства противника, но из-за отсутствия всякой организации. В то время как начальники всех степеней, в том числе и командиры отдельных соединений, спешно убыли на левый берег Волги, Чуйкова за день до вражеского штурма кинули на правый берег принимать разбитую, разрозненную, незнакомую ему армию на незнакомой позиции и вместе с этой армией выполнять приказ вождя: «Сталинград не сдавать!».

Хотя в Кремле, так же как и в Берлине, мало кто сомневался, что дни Сталинграда сочтены, для Чуйкова и всех оставшихся в городе войск сталинский приказ означал, что места за Волгой для них не было. Оставалось драться до последнего человека, выигрывая драгоценное время, а «время — это кровь», как выразился впоследствии сам Василий Иванович. В таком духе и была проведена разъяснительная работа с подчиненными.

При этом заблаговременно город к обороне подготовлен не был: укрепления, заграждения, огневые точки отсутствовали, наспех сложенные на улицах баррикады выглядели несерьезно, реальным препятствием для наступающих немцев стали городские развалины. И чем больше стараниями германской артиллерии и авиации становилось в Сталинграде развалин, тем больше укрытий находили обороняющиеся. Склады боеприпасов, медикаментов, продовольствия из города вывезли (?!). По этой причине уже через сутки боя дивизия Родимцева, потерявшая 30% личного состава, оказалась без патронов. Боеприпасы и продовольствие теперь приходилось доставлять обратно через единственную работающую переправу и только в ночное время. Позаботиться о раненых было некогда и некому, транспортные средства для их переправки на левый берег не выделялись. Легко раненные бойцы делали плоты, грузили на них тяжело раненных и самостоятельно переплывали через Волгу. Течением плоты относило вниз по реке, где раненые разбредались по селам в поисках помощи.

«Боевые потери, отходы, недостаток боеприпасов и продовольствия, трудности с пополнением людьми и техникой — все это отрицательно влияло на моральное состояние войск. У некоторых возникло желание уйти поскорее за Волгу, вырваться из пекла», — вспоминает Чуйков.

Поэтому отряды НКВД осматривали все отходившие плавсредства и патрулировали город, задерживая подозрительных лиц. Так, с 13 по 15 сентября заградотрядом Особого отдела армии было задержано 1218 военнослужащих. Достаточно многочисленными были и случаи перехода на сторону противника.