28 сентября Сталинградский фронт был переименован в Донской, а Юго-Восточный фронт - в Сталинградский. Это отвечало задачам предстоящего контрнаступления Красной Армии под Сталинградом, подготовку к которому Ставка ВГК вела уже с середины сентября 1942 года. Для поддержки оборонявшихся в городе войск на восточном берегу Волги была образована фронтовая артиллерийская группа в составе 250 орудий и минометов. Общее руководство боевыми действиями советских войск на Сталинградском направлении по поручению Ставки ВГК с самого начала битвы возглавляли заместитель Верховного Главнокомандующего генерал армии Г. К. Жуков и начальник Генерального штаба Красной Армии генерал-полковник А.М. Василевский.
Сопротивление советских войск в районе Сталинграда продолжало нарастать. За 12 дней немцы продвинулись в районе заводских поселков лишь на 400--600 м. Но враг, готовясь к "генеральному штурму", тоже продолжал наращивать свои силы. В октябре гитлеровская ставка направила в район Сталинграда 200 тыс. человек пополнения, до 30 артиллерийских дивизионов и около 40 инженерно-штурмовых батальонов, специально подготовленных для ведения боевых действий в городе. К середине октября гитлеровцы создали превосходство над 62-й армией в людях и артиллерии в 1,7 раза, в танках -- почти в 4 и в самолетах -- более чем в 5 раз и в третий раз бросили свои войска на штурм Сталинграда Сталинград. Они получили приказ уничтожить советские войска в Сталинграде и полностью овладеть этим городом, вернее, его развалинами, так как Сталинград как город к этому времени практически уже перестал существовать, он был разрушен.
С целью оказания помощи защитникам Сталинграда войска Донского фронта 19 октября перешли в наступление. Для его отражения противник вынужден был снять со штурма города значительные силы. Одновременно 64-я армия нанесла контрудар с юга в районе Купоросного. Наступление Донского фронта и контрудар 64-й армии существенно облегчили положение 62-й армии и не позволили врагу завершить захват города.
11 ноября немецко-фашистские войска предприняли последнюю, четвертую попытку штурма Сталинграда. В этот день им удалось захватить южную часть территории завода "Баррикады" и на узком участке пробиться к Волге. 62-я армия оказалась рассеченной на три части. Основные ее силы прочно обороняли территорию завода "Красный Октябрь" и узкую прибрежную часть города. Группа полковника Горохова обороняла район Рынка, Спартановки, а дивизия полковника Людникова удерживала восточную часть территории завода "Баррикады". Таким образом, к концу оборонительного периода Сталинградской битвы 62-я армия в основном удерживала свои позиции в Сталинграде. Линия фронта к этому времени проходила севернее Тракторного завода, через завод "Баррикады" и далее через северо-восточные кварталы центральной части города. 64-я армия стойко обороняла подступы к южной части Сталинграда.
Своей цели враг не достиг. В ожесточенных сражениях на подступах к Сталинграду и в самом городе его наступательные возможности были полностью исчерпаны.
Был развеян миф о непобедимости немецко-фашистского вермахта в летних условиях. Здесь, под Сталинградом, гитлеровским стратегам уже нельзя было ссылаться на "генерала Мороза", который якобы "украл" у них победу в битве под Москвой зимой 1941/42 года. На Дону и Волге летом 1942 года теплолюбивым гитлеровским воякам грех было жаловаться на недостаток тепла -- в отдельные дни температура воздуха поднималась выше +30°С. Так что, как показал опыт летне-осенней кампании 1942 года, дело заключалось вовсе не в климатических условиях, а совсем в ином. Отразив все удары врага, советские войска создали благоприятные условия для перехода в контрнаступление под Сталинградом.