從1942年7月中旬開始，德軍相繼投入了150萬大軍，集中了將近40個師的精銳部隊，每天出動上千架次飛機，把100多萬顆炸彈投向這座城市，史達林格勒的建築幾乎全被炸毀。希特勒甚至命令德國空軍“將史達林格勒這個城市從地圖上抹掉”。
9月13日，17萬德軍在近500輛坦克、1700門火炮的掩護下攻入市區。一場最為殘酷、最為激烈的市區爭奪戰開始了。
蘇軍第六十二集團軍司令朱可夫將軍不斷收到戰事報告：
“7點30分，敵人進入學院大街。”
“7點40分，第十三機械旅第一營與主力失去聯繫。”
“8點，火車站陷入敵手。”
“8點40分，火車站在我軍手中。”
“9點40分，敵人又占領了火車站。”
面對敵人的瘋狂進攻，蘇軍沒有退縮，在史達林“不讓敵人前進一步，用一切力量消滅敵人”的號召下，蘇聯軍民誓死抵抗，人人手執武器在廢墟中和衝進市區的德軍展開搏鬥，前面的倒下了，後面的再衝上去。
9月底，戰鬥重心轉移到北部工廠地區。在這裡發生了許多令人感動的可歌可泣的故事。
“紅十月”拖拉機廠的工人們在敵人距廠五百多米的時候，仍然毫無懼色，冒著炮火堅持生產。在戰鬥激烈的9月份，他們竟生產了200輛坦克和150輛牽引車。敵人越來越近了，工人們裝配好最後一批坦克，然後鑽進坦克，親自駕駛著衝出廠門，直接投入戰鬥。
蘇軍戰士赫沃斯坦米夫守在工廠區的一條街道上。當敵人六輛坦克沿著街道向他爬來時，他利用斷牆拐角，出其不意地用火炮、反坦克槍等，一連擊毀五輛坦克。第六輛坦克已經逼近他身邊，他毫不猶豫地舉起了最後一顆手雷，拉響引爆索，沖向坦克，“轟隆”一聲，那輛坦克像火把一樣燃燒起來。
德軍往往要用一整天的時間，以大量士兵的生命作為代價，才能肅清200米左右的殘垣斷壁。但一到夜裡，蘇軍戰士在夜幕的掩護下又殺了回來。他們靈活機敏，在德軍的陣地中游來竄去，殺死敵人，重占陣地。德軍官兵士氣大挫，哀嘆是在和蘇軍打一場“老鼠戰爭”。