Германское верховное командование было крайне недовольно действиями 6-й армии в Сталинграде и торопило ее командующего как можно быстрее захватить весь город. В течение первой половины октября оно перебросило из Германии дополнительные силы для усиления 6-й армии: 200 тысяч пополнения, 30 артиллерийских дивизионов (около 1000 орудий), 40 инженерно-штурмовых батальонов, предназначенных для штурма города и ведения уличных боев. Над соединениями 62-й армии превосходство было создано в силах и средствах до 4–5 раз.

Третий, самый ожесточенный, с применением большого количества огневых средств штурм города начался 14 октября. Соединения и части 62-й армии, даже разделенные друг от друга противником, продолжали оборонять полосу, вытянутую вдоль набережной Волги. 138-я стрелковая дивизия (командир дивизии — полковник И. И. Людников), отрезанная от главных сил армии, удерживала полосу вдоль берега по фронту 700 м и в глубину 400 м. В составе дивизии было всего 500 человек личного состава.

У всего личного состава — от солдата до генерала — было одно желание — уничтожить врага, посягнувшего на свободу и независимость Родины. Девизом для всех советских воинов стали слова снайпера В. Г. Зайцева: «Для нас, бойцов и командиров 62-й армии, за Волгой земли нет. Мы стояли и будем стоять насмерть!» По окончании Сталинградской битвы В. Г. Зайцеву будет присвоено звание Героя Советского Союза.

Целый месяц шли напряженные бои на всем протяжении полосы обороны 62-й и 64-й армий, но противнику так и не удалось прорвать оборону советских войск. Он лишь на отдельных участках, продвинувшись на несколько сот метров, вышел к Волге. Немецкие войска, понеся большие потери, несмотря на значительный перевес в силах и огневых средствах, так и не сумели овладеть всем городом, в том числе его прибрежной частью.

Однако Гитлер и его окружение, не желая считаться с очевидным провалом своих планов захвата Сталинграда, продолжали категорически требовать от войск нового наступления.

Четвертый штурм Сталинграда начался 11 ноября. В бой против 62-й армии были брошены пять пехотных и две танковые дивизии. Положение и состояние 62-й армии было крайне тяжелым. В ее составе насчитывалось: личного состава — 47 тысяч человек, около 800 орудий и минометов и 19 танков. К этому времени полоса ее обороны была расчленена на три части.

Вот как видел картину этих ожесточенных наступательных боев немецкий офицер, командир батальона: «…На русские позиции обрушивается залп за залпом. Там уже не должно быть ничего живого. Беспрерывно бьют тяжелые орудия. Навстречу первым лучам восходящего солнца в просветленном небе несутся бомбардировщики с черными крестами… Они пикируют и с воем сбрасывают на цель свой бомбовый груз… Еще каких-нибудь 20 метров, и они (немецкая пехота) уже займут передовые русские позиции! И вдруг они залегают под ураганным огнем. Слева короткими очередями бьют пулеметы. В воронках и на огневых точках появляется русская пехота, которую мы уже считали уничтоженной. Нам видны каски русских солдат. Каждое мгновение мы видим, как валятся наземь и уже больше не встают наши наступающие солдаты, как выпадают у них из рук винтовки и автоматы».

В боях на территории Сталинграда длительных пауз или затишья не было — бои шли непрерывно. Сталинград для немцев представлял своеобразную «мельницу», которая перемалывала сотнями, тысячами немецких солдат и офицеров, уничтожая танки и самолеты.

В письмах немецких солдат образно и реально описывается обстановка боя в городе: «Сталинград — это ад на земле, Верден, Красный Верден с новым вооружением. Мы атакуем ежедневно. Если нам удастся утром занять 20 метров, вечером русские отбрасывают нас обратно».

В другом письме немецкий ефрейтор сообщает матери: «Специального сообщения о том, что Сталинград наш, тебе еще долго придется ждать. Русские не сдаются, они сражаются до последнего человека».

К середине ноября продвижение немецких войск было остановлено на всем фронте. Враг был вынужден окончательно перейти к обороне. На этом стратегическая оборонительная операция Сталинградской битвы завершилась. Войска Сталинградского, Юго-Восточного и Донского фронтов выполнили свои задачи, сдержав мощное наступление врага на сталинградском направлении, создав предпосылки для контрнаступления.

В ходе оборонительных сражений вермахту были нанесены огромные потери. В борьбе за Сталинград враг потерял около 700 тысяч убитыми и ранеными, свыше 2 тысяч орудий и минометов, более 1000 танков и штурмовых орудий и свыше 1,4 тысяч боевых и транспортных самолетов. Вместо безостановочного продвижения к Волге войска противника были втянуты в затяжные, изнурительные бои в районе Сталинграда. План немецкого командования на лето 1942 оказался сорванным. Советские войска при этом также понесли большие потери в личном составе — 644 тысяч человек, из них безвозвратные — 324 тысяч человек, санитарные 320 тысяч человек. Потери вооружения составили: около 1400 танков, более 12 тысяч орудий и минометов и более 2 тысяч самолетов.

14 октября 1942 года главное командование вермахта приняло решение о переходе к стратегической обороне на всем советско-германском фронте с задачей во что бы то ни стало удержать достигнутые рубежи и создать предпосылки для продолжения в 1943 году наступления. В оперативном приказе № 1, предписывающем войскам переход к стратегической обороне, Гитлер, по сути, признал провал летнего наступления на востоке!

Сталинградская стратегическая оборонительная операция подготовила условия для перехода Красной армии в контрнаступление с целью решительного разгрома врага под Сталинградом. В этой обстановке советское Верховное Главнокомандование пришло к выводу, что именно здесь, на южном крыле советско-германского фронта, осенью 1942 создались наиболее благоприятные условия для проведения наступательных операций.

План окружения Сталинградской группировки противника — Операция «Уран» — был утвержден И. В. Сталиным 13 ноября 1942 г. Он предусматривал ударами с плацдармов севернее (на Дону) и южнее (район Сарпинских озер) Сталинграда, где значительную часть оборонявшихся сил составляли союзники Германии, прорвать оборону и осуществить охват противника по сходящимся направлениям на Калач-на-Дону — Советский.

Второй этап операции предусматривал последовательное сжимание кольца и уничтожение окруженной группировки. Операция должна была проводиться силами трех фронтов: Юго-Западного (генерал Н. Ф. Ватутин), Донского (генерал К. К. Рокоссовский) и Сталинградского (генерал А. И. Еременко) — 9 полевых, 1 танковая и 4 воздушных армии. Во фронтовые части были влиты свежие пополнения, а также дивизии, переданные из резерва Верховного главнокомандования, созданы большие запасы вооружения и боеприпасов (даже в ущерб снабжению оборонявшейся в Сталинграде группировки) перегруппировки и формирование ударные группировок на направлениях главного удара было проведено скрытно от противника.

19 ноября, как и было предусмотрено планом, после мощной артподготовки, в наступление перешли войска Юго-Западного и Донского фронтов, 20 ноября — войска Сталинградского фронта. Сражение развивалось стремительно: румынские войска, занимавшие участки, оказавшиеся на направлении главных ударов, не выдержали и бежали.