Прорвавшиеся немецкие танки и мотопехота были встречены войсками, а также вооруженными отрядами трудящихся Сталинграда. Действия частей 10-й стрелковой дивизии войск НКВД поддерживались артиллерийскими дивизионами ПВО, занимавшими огневые позиции в непосредственной близости от города.
В итоге упорных семидневных боев с 21 по 27 августа войска 4-й танковой армии Гота ценой значительных потерь овладели ст. Абганерово. Однако прорвать фронт войск 64-й и 57-й армий противнику не удалось.
Командование 4-й танковой армии вынуждено было произвести перегруппировку своих сил, чтобы продолжать дальнейшее наступление. Ганс Дёрр в своей книге «Поход на Сталинград» признает крупную неудачу немецко-фашистских войск на южных подступах к городу. «Армия,- пишет он, - остановилась всего в 20 км от Волги: снова наступил решающий момент не только для действий 4-й танковой армии, но и для всей битвы за Сталинград.
Когда 4-я танковая армия 20 августа перешла к обороне у станции Тундутово, она находилась в непосредственной близости от важного участка местности, возможно имевшего решающее значение для всего оперативного района Сталинграда, - приволжских возвышенностей между Красноармейск и Бекетовка.
Красноармейск был южным краеугольным камнем обороны Сталинграда и одновременно конечным пунктом единственной коммуникации, связывавшей по суше западный берег Волги с Астраханью. Ни в каком другом пункте появление немецких войск не было бы так неблагоприятно для русских, как здесь.
Для 4-й танковой армии принятие решения о прекращении наступления в непосредственной близости от цели, с тем чтобы попытаться другим путем пробиться к Сталинграду и организовать взаимодействие с 6-й армией, было тяжелым ударом. Командующий армией отдал приказ об отводе с фронта в ночное время по частям 48-го танкового корпуса и о скрытном сосредоточении его за левым, отогнутым назад флангом армии в районе северо-западнее станции Абганерово для нанесения внезапного удара в северном направлении в районе западнее Сталинграда. Это означало отказ от овладения группой высот в районе Красноармейск, отказ от намеченных группой армий 'Б" сходящихся ударов по противнику.
С 12 сентября, когда противник вплотную подошел к городу, его оборона была возложена на 62-ю и 64-ю армии. Превосходство в силах и средствах было на стороне врага. Особенно значительным оно было в 40-км полосе обороны 62-й армии от поселка Рынок до Купоросного, где враг имел почти двойное превосходство в людях и артиллерии и почти шестикратное в танках. Удаление переднего края советских войск от Волги не превышало 10--12 км. Это ограничивало их маневр силами и средствами как из глубины, так и по фронту.
13 сентября противник перешел в наступление по всему фронту, пытаясь захватить Сталинград штурмом. Сдержать его мощный натиск советским войскам не удалось. Они были вынуждены отступить в город, на улицах которого завязались ожесточенные бои. С 13 по 26 сентября упорная борьба шла в основном в центральной части города. 14 сентября немцы прорвались к вокзалу, а в районе Купоросное вышли к Волге. 62-я армия оказалась отрезанной от 64-й армии. В этот критический момент с левого берега Волги в Сталинград была переброшена 13-я гвардейская стрелковая дивизия, прибывшая на усиление 62-й армии из Резерва Ставки ВГК. После переправы через Волгу она с ходу контратаковала противника и выбила его из центра города, а 16 сентября и с Мамаева кургана. До 27 сентября шла яростная борьба за вокзал, который 13 раз переходил из рук в руки. Ценой больших потерь врагу удалось несколько потеснить войска 62-й армии на участке шириной до 10 км. Получив подкрепление, немецко-фашистские войска 27 сентября начали второй штурм Сталинграда, продолжавшийся до 8 октября. На этот раз главный удар врага был направлен против войск 62-й армии, оборонявших заводские поселки "Красный Октябрь" и "Баррикады". В начале октября немцам удалось овладеть Мамаевым курганом, заводскими поселками и ликвидировать выступ фронта в северо-западной части города, обращенный в их сторону. Большую помощь защитникам Сталинграда в этот период оказывали почти не прекращавшиеся в течение всего сентября контрудары 1-й гвардейской, 24-й и 66-й армий севернее города. Значительные силы противника сковывались войсками 51-й и 57-й армий, предпринявшими в конце сентября частную наступательную операцию южнее Сталинграда.