伏尔加河西岸进逼该城。这次突击是指向背靠伏尔加河部署的苏军第64集团军与托尔布欣指挥的第57集团军的部分部队。8月5日，赫特突破斯大林格勒外围的环形防线。在廷古塔车站周围展开了一场激烈的坦克战。苏军顽强抵抗，第4装甲集团军已无力继续推进，显然只好等待第6集团军渡过顿河再说。而第6集团军还在西部大约六十英里处停滞不前。
苏军最高统帅部被德军的有力进攻吓呆了，它企图坚守东南方。7月28日，它发布了“决不后退一步”的第227号命令，斯大林以适度的、甚至是同志式的口吻告诫所有部队继续撤退将给苏联带来什么样的后果。苏军在卡拉奇以西的顿河河曲大败之后，总参谋长华西列夫斯基作为最高统帅部的代表于8月12日视察斯大林格勒。此时，原斯大林格勒方面军刚刚分为两个方面军，大约只有一周左右的时间，华西列夫斯基便建议恢复某种形式的统一指挥。为了便于组织协同，斯大林格勒方面军划归东南方面军司令员指挥。斯大林格勒方面军由第63、第21、第1近卫集团军、第4坦克集团军与第24、第66集团军组成；东南方面军由第62、第64、第57、第51集团军组成。戈尔多夫仍留在斯大林格勒方面军。戈利科夫被调离沃罗涅日方面军担任东南方面军的指挥员。戈尔多夫与戈利科夫成为叶廖缅科的副手。而无所不在的赫鲁晓夫则成为两个方面军的政治委员。8月17日后的两周内，由编余的部队组成一个新的第62集团军。第1近卫集团军、第21、第63集团军和第4坦克集团军又进行了整编，并得到大量补充。
B集团军群发动这场新攻势的直接目的是消灭顿河至伏尔加河陆桥上的三个苏军集团军；阻止敌人对该地域实施增援。保卢斯的第6集团军将在韦耳佳契跨越四座顿河大桥，然后兵分三路向东，两个装甲军分别在左右两翼、一个步兵军居中，在狭窄的正面上向斯大林格勒城推进，实施向心突击。赫特指挥的第4装甲集团军将从廷古塔以北的高地突破苏军防线，一直打到斯大林格勒以南的伏尔加河畔。到那时苏军的被围部队将全部被歼。但是，在德国人发动这场攻势前不久，斯大林格勒方面军于8月20日从克烈缅斯克桥头堡以重兵向德军的北翼发动进攻，收复了一些领土，并牵制住一个军（共四个师，三个步兵师、一个装甲师）。然而，在西面，加里博尔迪指挥的意大利第8集团军的先头部队已到达，它是从南部的鲁奥夫集群调至此地占领面向北部、背靠顿河的新阵地的。因此解脱了一些德国部队。对意大利人来说，此处并非清闲之地，从8月20日起，顿河以北的科尔帕克奇的第63集团军与达尼洛夫的第21集团军开始向该地境发动试探性进攻，攻占了顿河以南，位于耶兰斯克与绥拉菲莫维奇之间的另一个桥头堡。
维特尔斯海姆指挥的第14装甲军在里希特霍芬的第4航空队强大兵力支援下于8月23日拂晓渡过顿河，迅速突破洛帕京指挥的第62集团军的防御。夜幕降临时，已向前推进五十多英里。第16装甲师已抵达斯大林格勒正北方的雷诺克。8月23、24两日，斯大林格勒遭到猛烈的轰炸，成为一片火海。城北发生了战斗。苏军的所有通信网都遭到破坏，抵抗无力、零乱，直到部队从震惊中清醒过来，军官与政治委员恢复了他们的指挥，局势才得以扭转。当与莫斯科的无线电联络沟通时，碰巧正在该城的华西列夫斯基与愠怒的斯大林进行了一次非常伤脑筋的通话，当时由于无线电联络中断，斯大林误认为该城已陷落了。据华西列夫斯基讲，这次通话给他留下难以磨灭的印象。但是，到8月25日为止，德军第14装甲军却毫无进展，并且伤亡惨重，被撂在一条约三十英里长、仅两英里宽的狭长走廊上，受到四面八方的攻击。油料与补给品只得由装甲输送队在夜间提供。第6集团军指望赫特指挥的第4装甲集团军从南部发起的突击会解除苏军对它的压力。但是，赫特在廷古塔以北地雷密布的敌防御地域内遇到极大的困难，此地是斯大林格勒内围防御地带的一部分，他为了利于在西面二十多英里处发动一场新的突击，只好放弃这次进攻。改变部署需要时间，直至8月31日，施韦德勒指挥的第4军与肯普夫指挥的第48装甲军，以第24装甲师为先头，切断了皮托姆尼克以南、斯大林格勒以西不到二十英里处的铁路线。迄今一直进行拚命抵抗的苏军第62、第64集团军出人意外地突然向东撤退，奉命撤至内围防御地带。尔后，德军第4装甲集团军与第6集团军于9月3日在皮托姆尼克会师。B集团军群误认为苏军撤退的企图是渡过伏尔加河退至东岸，于是试图从西部突入斯大林格勒。但是第4装甲集团军的企图未能实现，因为在别克托夫卡的翼侧高地上敌军兵力很强，第6集团军缺乏必要的兵力作这次最后的努力。由于苏军越过顿河发动的翼侧进攻把过多的德军部队牵制在斯大林格勒以西很远的地方，德军的进攻缺乏锐势，致使第4装甲集团军与第6集团军的进攻未能达成包围顿河与伏尔加河之间敌人的目标。
六十万名斯大林格勒老百姓继续撤退。当时城市本身并未构筑防御工事，但是，大火、轰炸、炮击所造成的破坏远比人工设置的障碍更为有效。斯大林格勒城的守卫者遇到的一个主要困难是，德国人很快便由空中、高地和南部的沙丘上观察到苏军在该城与伏尔加河的动向。于是白昼跨越顿河的行动和补给均在敌人的监视与火力控制之下，不久即陷于停顿。
8月末，苏军最高统帅部把朱可夫派往斯大林格勒方面军司令部。该司令部刚从斯大林格勒迁出，移到北部伏尔加河至顿河的陆桥中央小伊万诺夫卡。莫斯卡连科指挥的第1近卫集团军从克烈缅斯克桥头堡向东运动，与马利诺夫斯基指挥的第66集团军与科兹洛夫指挥的第24集团军在斯大林格勒正北方的顿河西岸集结。第66、第24集团军训练素质差，人员年龄较大，又是仓促组成。第62集团军由于伤亡惨重大约已减少到五万人，由暂兼司令员的参谋长克雷洛夫指挥。9月11日，崔可夫接替克雷洛夫任司令员。此时，斯大林格勒的防御外围收缩至伏尔加河西岸，成一狭长地带，最宽处不到十英里，最窄处约四英里。在该城以北，德国人占领了伏尔加河西岸约五英里长一段，从而隔断了北部的马利诺夫斯基的第66集团军与城内的崔可夫的第62集团军的联系。在城的正南方紧挨第62集团军配置的是舒米洛夫指挥的第64集团军。与第62集团军共同扼守该城的还有一个由萨拉耶夫指挥的内卫军一个师。萨拉耶夫兼任斯大林格勒市警备区司令。该师的主要任务是对付在德军打击下迅速溃败并向后方流窜的苏军部队，起宪兵的作用，但是不久它本身却被拖入战斗，隶属于第62集团军。显然，这一步骤引起了萨拉耶夫的不满。他作为内卫军的一名军官最初企图抗拒崔可夫的参谋长克雷洛夫下达的命令。
7、8月间，顿河与伏尔加河之间极度混乱的场面，使人联想起1941年夏季的情况。许多部队都已溃散；许多苏军军官和部队有的被遗弃、有的逃跑、有的则借故到后方去了。牵着牛、携带着农具的难民拉着长长的队伍向东朝伏尔加河渡口与桥梁缓慢地移动。他们不断遭到德国空军战斗机与俯冲轰炸机的轰炸和扫射。当崔可夫到达马玛叶夫高地新指挥所接管第62集团军时，发现其装甲部队未经批准便撤至伏尔加河以东；其炮兵部队、反坦克部队、工兵部队与装甲部队的主要指挥员和顾问（其中有些是将级军官）已不知去向。崔可夫的前任第62集团军原司令员洛帕京，本来是一名有光荣历史的骑兵军士，现在却失魂落魄、处于绝望之中，而且被叶廖缅科列入伤亡人员的名单。
苏军部队的一个特点是人们很难准确地估计其作战能力。第一天逃跑的部队第二天会莫名其妙地进行最疯狂的抵抗。我们不能把原因仅仅归结为俄国人生性反复无常，轻浮多变。还应把其它因素考虑在内，例如，指挥员的更换和随之而来的指挥上的改进，对失职军官、军士的严厉处罚以及内卫军的出现等等。此时，苏军的大部分士兵，尤其是步兵，只稍加一点训练，或根本未加训练便投入战场，所以，一遇战斗便四散奔逃。四十八小时后，苏军才消除了恐惧心理。而德军的士气却一如既往，十分高涨。这一点，叶廖缅科承认，即使在德国战俘身上也看得很明显。
德军并没有获得苏军在斯大林格勒的伏尔加河东岸集结新的集团军的任何情报（实际上也没有集结），但是，伏尔加区舰队在夜间渡河对第62、第64集团军实施强大的增援却是无可辩驳的事实。据估计，两个集团军共拥有八个完整的步兵师，但他们能得到大量分遣队、失去建制的官兵和民兵营的加强。B集团军群司令魏克斯认为很有必要趁敌人的兵力尚未充实及早发动进攻。9月7日，第6集团军下辖的塞德利茨·库尔茨巴克指挥的第51军用两个步兵师从古姆拉克向东，即向马玛叶夫高地与市中心发动进攻。部队在一个很狭窄的正面上向前推进。在距伏尔加河仅有四英里多的路程时，德军有计划地向前推进。9月14日，德军占领了中央火车站，先遣队已抵达伏尔加河畔，将守军第62集团军分割为二。在南面约五英里处，肯普夫的第48装甲军于9月10日沿第62与第64集团军的接合部向东北实施进攻。战斗之残酷是德军在战争过程中从未经历过的。每条街巷、每幢房屋、每个掩体都必须争夺。在该城东南郊的米尼纳地域内，第48装甲军所辖的第24装甲师正沿第62与第64集团军的接合部实施进攻。他们穿越星罗棋布的楼房与住宅，扫清矮树丛、跨越一道道峡谷。T34与T60型坦克与火炮配置在掩体内，并进行了巧妙的伪装。但是，德国步兵却越过装甲部队无法穿越的陡峭峡谷，钻入矮树丛，开始迅速地屠杀苏军炮手。在荫蔽地内的T34坦克被反坦克手雷击毁。但是，第24装甲师终于遭到来自矮树丛的苏军步兵的有力反击，被迫后撤。然而，尽管如此，9月14日，女王河以南的察里津老城还是落入德军手中。第48装甲军已位于伏尔加河畔，北起中央火车站以东地域，南达顿河下游的库波罗斯诺耶，并与第51军会师。于是，崔可夫指挥的第62集团军与舒米洛夫指挥的第64集团军完全被隔绝。第64集团军此时位于该城的南侧。
9月14日是苏军最不幸的一天。德军飞机在伏尔加河布设水雷，斯大林格勒的老城、市中心和中央火车站均告失陷。由德国冲锋枪手组成的小组在码头巡逻。但是，德国师迟早会尝到在房屋鳞次栉比的居民区内进行巷战的真正苦头。这种近距离作战有利于防者，而给进攻部队造成极其惨重的伤亡。德军坦克、火炮和迫击炮的火力支援由于观察受到限制，并非什么时候都有效。在精确地测定空中轰炸目标方面也遇到极大的困难，特别是当守军迅速意识到越靠近德军阵地便越安全时尤为困难。德军深感兵力不足，被迫在几个十分狭窄的正面上进攻。他们所无法克服的最大困难是，在已攻占的地盘内有成群结队的苏军渗透人员趁夜间溜入后方。9月14日夜，第13近卫步兵师横渡伏尔加河，几天之后又有两个步兵师，一个步兵旅和一个坦克旅渡河。9月15日，中央火车站的战斗再次打响。翌日，车站几经易手。同时，苏军先遣队正向马玛叶夫高地发动进攻。后来，德军改变战术。他们并不死守已夺取的地盘，而是为了保持一定的机动能力，进一步缩小进攻地境，并不断地改变突击方向，但是毫无成效。9月下半月，战斗以德军第48装甲军与第51军占领该城的南端而告结束。
里希特霍芬报告说：保卢斯心情焦虑，他于9月20日说，如不增加部队，他将无法继续前进。他与魏克斯都对B集团军群的翼侧安全表示怀疑，因为德军第6集团军与第4装甲集团军均位于一条绵长且暴露的突出部的顶端。除了遥远的卡尔玛克草原由德军第16摩托化师驻守外，B集团军群的南翼完全暴露。当罗马尼亚第6军占领链条似的湖泊（靠近察察湖）附近的一块翼侧阵地时，被比它还小的苏军部队打了个惨败。这只是证实了德国人的预见：罗马尼亚军队若不编入德军指挥系统，得到德军特遣队的监督与支援，那是靠不住的。苏军对此也是明白的。尽管如此，德国人的计划中仍企图让康斯坦丁雷斯库将军指挥的罗马尼亚第4集团军司令部接管罗马尼亚第6、第7军的指挥权，负责保卫第4装甲集团军的南翼。突出部的北翼，�