Ondanks alle inspanningen bleek het niet mogelijk de hele 13e Garde-Jagerdivisie in de nacht van 14 op 15 september over de Volga te zetten. Ongeveer twee derde van de divisie was 's morgens in Stalingrad. In de ochtend hernieuwden de Duitsers hun aanval: drie infanteriedivisies (de 71e, 76e en 295e) vielen het station en de Mamajev Koergan aan, terwijl de 14. en 24. Panzer-Division en de 94. Infanterie-Division in de zuidelijke sector aanvielen. Rodimtsevs troepen werden hevig aangevallen en het station ging op de 15e vier keer in andere handen over, maar was toen de avond viel in Sovjethanden. Elders verliep de strijd gunstiger voor de Duitsers: de ‘specialistenhuizen’ bleven ondanks herhaaldelijke felle tegenaanvallen in Duitse handen.

Bij de Mamajev Koergan werd ook hevig gevochten: deze heuvel, die op militaire kaarten werd aangeduid als ‘hoogte 102,0’, beheerste het gehele stadscentrum en was voor beide zijdes van groot belang. Gardisten van Rodimtsev vochten er de hele 15e september tegen eenheden van drie Duitse divisies. Tsjoeikov beval daarom dat Rodimtsevs laatste regiment op de oostelijke oever, het 42e Garde-Jagerregiment van kolonel Jelin, in de nacht de Volga over moest steken en regelrecht naar de Mamajev Koergan moest gaan zodat het voor de dageraad in stelling zou zijn. In de nacht trokken de troepen naar de voet van de Mamajev Koergan en namen ze posities in naast de mannen van kolonel Jermolkins zeer verzwakte 112e Jagerdivisie. Bij het aanbreken van de dag bombardeerde de artillerie tien minuten lang de Duitse stellingen, waarna het 42e Regiment en het 46e Regiment van de 112e Jagerdivisie in een orkaan van mortiervuur en bommen oprukten. Na een kort maar fel gevecht was de strijd beslecht en groeven de Sovjettroepen zich op de top van de heuvel in. De Sovjets hadden veel verliezen geleden maar wisten toch een Duitse tegenaanval af te slaan.

Op 15 september waren Duitse mitrailleurschutters het dal van de Tsaritsa binnengetrokken. Ze hadden het legerhoofdkwartier in zicht en raakten in gevecht met de hoofdkwartierwachten. Noodgedwongen besloot Tsjoeikov daarom de volgende dag zijn bunker in het dal van de Tsaritsa te verlaten en een nieuwe commandopost een eind noordelijker in te richten. Het was te gevaarlijk om door de stad te gaan en daarom stak de legerstaf de Volga over om een eind noordelijker opnieuw over te steken. Het moreel was zo laag dat bij aankomst in de nieuwe commandopost bleek dat verscheidene hoge stafofficieren op de oostelijke oever ‘verdwenen’ waren. De nieuwe commandopost bevond zich onder een paar olietanks aan de Volga-oever. Niemand wist of de tanks leeg waren of niet. De nieuwe commandopost bevond zich in de open lucht, maar was wel twee kilometer van het front verwijderd.

Bij het station Stalingrad-1 werd de strijd heviger: een gardebataljon van Rodimtsev dat zich daar had geïnstalleerd kreeg in de ochtend een zware aanval te verduren. De Sovjets werden uit het station en de omringende gebouwen verdreven, maar hergroepeerden zich, voerden een tegenaanval uit en heroverden het verloren terrein, om onmiddellijk daarna weer verdreven te worden. Het gebied ging deze dag in totaal vier keer in andere handen over, maar toen de avond viel was het opnieuw in bezit van de Sovjets. In de avond van 18 september verslechterde de situatie weer toen het gebied in handen kwam van de Duitsers. Er waren geen reservetroepen meer om het te heroveren. In vijf dagen is het station vijftien keer in andere handen overgegaan. Van de 13e Orde van Lenin Garde-Jagerdivisie was niet veel meer over, maar de divisie had op 14 september ongetwijfeld Stalingrad gered.

Tsjoeikov meldde het fronthoofdkwartier op 17 september dat zijn leger aan het doodbloedden was; hij vroeg om twee of drie nieuwe divisies. De volgende ochtend arriveerden de 137e Tankbrigade en de 92e Marine-Jagerbrigade in Stalingrad. De tankbrigade werd bij de hoofdpier ingezet en de matrozen ten zuiden van de Tsaritsa. Bij het aanbreken van die dag verscheen de Luftwaffe en werden de gevechten hervat, maar om 08:00 uur warende vliegtuigen verdwenen; formaties van het Stalingradfront voerden ten noorden van Stalingrad een aanval uit. Deze werd echter spoedig tot staan gebracht en om 14:00 waren de vliegtuigen weer allemaal terug. Op de Mamajev Koergan wisten de restanten van Jermolkins 112e Jagerdivisie en Jelins 42e Garderegiment tijdens de afwezigheid van de vliegtuigen hun stellingen enigszins te verbeteren en 150 meter op te rukken. In de vroege morgen van 19 september werden nog twee divisies de Volga overgezet ter versterking van Tsjoeikovs 62e Leger: kolonel Gorisjny’s 95e Jagerdivisie en kolonel Batjoeks 284e Jagerdivisie.

In het zuiden van Stalingrad stond een enorme graansilo die de skyline van het zuidelijke deel van de stad domineerde. Vanaf 17 september werd er dag en nacht gevochten door troepen van kolonel Doebjansky’s 35e Garde-Jagerdivisie en troepen van drie divisies van Kempfs XXXXVIII Panzerkorps. Doebjansky meldde Tsjoeikov per telefoon: “De situatie is veranderd. Eerst bezetten wij de bovenste helft van de silo en de Duitsers de onderste helft. Nu hebben wij hen uit de onderste verdreven, maar de Duitse troepen zijn naar boven gedrongen en er wordt nu in de bovenste helft gevochten.” De strijd in de graansilo duurde voort tot 22 september. De laatste Sovjettroepen in de silo, met amper eten, water en munitie, waren uiterst taaie matrozen uit het noordpoolgebied. Op de 22e slaagden de drie Duitse divisies er eindelijk in de graansilo te veroveren. Een Duitse soldaat schreef over de vijandelijke standvastigheid: "Er wordt gevochten in de graanlift. Hij wordt niet bezet door mensen, maar door duivels, die door geen vlammen of kogels kunnen worden vernietigd. Als alle gebouwen in Stalingrad zo worden verdedigd zal niet één van onze soldaten terugkeren naar Duitsland." Een ander concludeerde: "De Russen zijn niet menselijk, ze zijn gemaakt van gietijzer." Met de verovering van de graansilo was het zuiden van de stad in Duitse handen, ofschoon kleine groepjes Sovjetsoldaten de strijd in de Duitse achterhoede voortzetten.

22 september kwam bekend te staan als de ‘Dag des Doods’. Een groot Duits offensief dreef de restanten van de 13e Garde-Jagerdivisie terug naar de Volga-oever maar slaagde er niet in de verdediging te breken. De centrale aanlegsteiger lag onder Duits vuur waardoor alleen de aanlegsteigers in het noorden van de stad nog konden worden gebruikt.

Het 62e Leger voerde op de 27e een tegenaanval uit. Na een artilleriebombardement van 60 minuten rukte de infanterie om 06:00 uur op, maar werd al snel gedwongen dekking te zoeken voor Duitse duikbommenwerpers. Om 10:30 uur begon een grootscheepse Duitse aanval op de Mamajev Koergan en de woonwijk van de staalfabriek. Hierbij werden drie Duitse divisies ingezet, waarvan één pas was aangekomen en één juist op sterkte was gebracht. De meest kritieke fase voor het 62e Leger was begonnen. De Luftwaffe legde een bommentapijt over het gehele bruggenhoofd. Het legerhoofdkwartier kreeg ook luchtaangevallen te verduren en de verbindingen werden verbroken. Daarom gingen Tsjoeikov, Krylov en Goerov er zelf op uit om inlichtingen in te winnen bij de verschillende divisies. Bij terugkomst bleek een deel van de legerstaf er vandoor te zijn gegaan. Pas laat in de avond had de legerstaf een volledig beeld van de situatie. Zowel in het centrum als het noorden waren de Sovjetstellingen onder de voet gelopen. De restanten van de Sovjettroepen verkeerden in hachelijke posities. “Nog zo’n aanval en we zitten in de Volga”, dacht Tsjoeikov.

Maar nieuwe versterkingen voor het 62e Leger waren onderweg: in de avond van de 27e begon de 193e Jagerdivisie van generaal-majoor Smechotvorov aan de oversteek van de Volga en in de avond van de 30e stak de 308e Jagerdivisie van kolonel Goertjev de Volga over. Deze divisie was echter slechts op halve sterkte. De Duitsers dreigden naar de staalfabriek door te breken en Goertjevs divisie kreeg opdracht van de fabrieksgebouwen versterkte punten te maken. In de hevige gevechten op haar eerste dag in de stad verloor Smechotvorovs divisie drie regimentscommandanten en drie bataljonscommandanten, en na nog geen week telde de divisie nog maar minder dan 2.000 man.

Straatgevechten

Het gebied van het 62e Leger bestond op 3 oktober alleen nog maar uit het noordelijke deel van de stad: de tractorfabriek 'Dzerzjinsky', de kanonnenfabriek 'Barrikady', de staalfabriek 'Krasny Oktjabr' (Rode Oktober), de chemische fabriek 'Lazoer' en een aantal kleinere fabrieken die naast elkaar ten noorden van de Mamajev Koergan langs de Volga-oever lagen, met de woonwijken van de arbeiders ten westen ervan. Het bruggenhoofd was nu zo klein dat het bijna helemaal binnen schootsbereik van handwapens lag. Verplaatsingen in open terrein bij daglicht waren te gevaarlijk. De meeste gevechten speelden zich af in de verwoeste gebouwen.

Eind september besloot de militaire raad van het 62e Leger, bestaand uit Tsjoeikov, Krylov en Goerov, de tactiek te veranderen. Er vond een wijziging plaats in de grootte van eenheden voor aanvallen: kleine stormgroepen werden geïntroduceerd, waarmee flexibeler en efficienter kon worden geopereerd in de straatgevechten. Deze nieuwe tactiek bleek zeer succesvol te zijn. De stormgroepen bestonden uit zes tot acht man, bewapend met handgranaten, molotovcocktails, lichte mitrailleurs, anti-tankgeweren, machinepistolen, bajonetten en schoppen. Zodra de stormgroepen een gebouw hadden veroverd volgden de versterkingsgroepen: zwaarder bewapende militairen met zware mitrailleurs, mortieren, anti-tankgeweren of anti-tankkanonnen, breekijzers, houwelen en explosieven. De Duitsers besteedden geen aandacht aan speciale tactieken om met de bijzondere omstandigheden om te gaan. De commandanten zochten overwinningen op een schaal die in Stalingrad niet tot de mogelijkheden behoorden. De flexibiliteit en inventiviteit van de troepen van het 62e Leger waren eigenschappen waarmee de geroutineerde Duitse troepen moeilijk om konden gaan. Het grote Duitse sterktepunt begon een zwaktepunt te worden. De Duitsers bleven ondertussen steeds meer troepen samentrekken in de stad zelf en de flanken dunner bezetten, wat door de Sovjets niet onopgemerkt bleef.