力量集中於頓河大彎曲部，第六十二、第六十四集團軍防禦德軍沿最近道路突向史達林格勒。
從7月17日起，蘇軍第六十二、第六十四集團軍與德軍第六集團軍進行激烈戰鬥，開始了方面軍主要防禦地帶的爭奪。德軍企圖對頓河大彎曲部分的蘇軍兩翼實施突擊並將其合圍，從西面突向史達林格勒。蘇軍的頑強防禦和反突擊打破了德軍的企圖，並遲滯了德軍的進攻。至8月10日前，該部蘇軍退到頓河東岸，在史達林格勒外層防禦圍廓，阻止了德軍前進。在史達林格勒的西南方向，德軍坦克第四集團軍也實施了突擊，但遭到蘇軍的頑強抵抗，被迫暫時轉入防禦，至8月17日前，也被阻止於外層防禦圍廓南部地區。為便於指揮，史達林格勒方面軍分成史達林格勒和東南兩個方面軍。
8月19日起，德軍再次發起進攻，從西面和西南面同時實施向心突擊，力圖攻占史達林格勒，並出動幾千架次的飛機對城市進行了密集的轟炸。德軍一部分兵力在史達林格勒以北逼近伏爾加河畔，企圖從北面沿伏爾加河實施突擊奪取該市。撤到西北方向上的蘇軍部隊由北向南實施了反突擊，將該部分德軍阻止於西北郊區。蘇軍最高統帥部又從其戰略預備隊調集兩個集團軍，會同史達林格勒地域蘇軍的一部分兵力再次對進到伏爾加河畔之德軍實施了一連串的突擊，這就迫使德軍第六集團軍的大部兵力調向北面，大大削弱了其對史達林格勒的突擊力，在9月13日前該部德軍被阻擊在內層圍廓之外。在史達林格勒南面的接近地，德軍坦克第四集團軍與蘇軍進行了激戰，德軍突破了防禦，對蘇軍第六十四、第六十二集團軍後方構成了威脅。這兩個集團軍奉命撤至內層防禦圍廓。這裡的激戰一直持續到9月12日。至此，德軍統帥部以第六集團軍和坦克第四集團軍同時出擊，從行進間奪取史達林格勒的計劃破產了。
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