保卢斯不曾预料到，他的军事生涯竟毁在了此前名不见经传的崔可夫手上。斯大林格勒战役自1942年7月开始以来，第6集团军虽然打得很艰难，可一路杀到斯大林格勒城下，也取得了一系列耀眼的战绩。在顿河西岸，他们承受住了苏军坦克集群持续不断的冲击；在斯大林格勒城北，他们顶住了苏军不计伤亡的反击。其间第6集团军付出了4万多人伤亡的代价，但苏军的损失远远超过这个数字。
崔可夫为人粗野，喜欢拿棍子殴打部下，这一点就连斯大林都看不下去。崔可夫作风极为强硬，枪毙逃兵和失职部下毫不手软，这一点又特别适合指挥斯大林格勒城防。更重要的是崔可夫具有敏锐的洞察力以及果断的行动力，这一点是保卢斯不具备的。
保卢斯的进攻计划并不复杂，在两翼得到充分保障的情况下，他决定对斯大林格勒市中心实施两路突击。在察里察河以北，库尔茨巴赫指挥第51军的3个师向东攻击马马耶夫岗和1号车站（中央火车站），直至打到伏尔加河畔；在察里察河以南，肯百夫指挥第48装甲军的2个师向城南2号车站进攻。两路突击集群合力将守军的两个集团军分割。
在达成上述目标后，德军将夺取伏尔加河上的渡口，彻底将城内守军孤立，然后合围歼灭。
1942年9月13日6时45分，斯大林格勒巷战正式打响。在坦克和步兵冲击开始之前，德军集中大量火炮进行了猛烈的火力准备，把雨点般的炮弹倾泻在城内。
天空中，第2、第77俯冲轰炸机联队和第1攻击机联队的大群飞机向苏军阵地投下了无数炸弹。德军的中型轰炸机则重点轰炸了东岸的苏军炮兵阵地和供应基地。德国和罗马尼亚的战斗机拦截住了试图干扰的苏联飞机。第389步兵师一个军官得意地写道：“在我们的斯图卡攻击后，一只耗子都休想活着离开。”
马马耶夫岗的红军指挥部遭到的轰击尤其凶猛，地表的通信线路几乎全部被摧毁。到下午4时，崔可夫几乎完全丧失了对部队的指挥，他只好在夜里把指挥所迁到察里察河北岸的坑道“察里津地窟”，仅在马马耶夫岗留下了观察所。
而在坦克和强击火炮的掩护下，步兵正在推进。第295师的口号是“用一次冲锋就到达伏尔加河”。该师来势汹汹，猛力挤压苏第112师，自北面向工业区逼近。孱弱的第112师只有2297人，全部装备不过11门迫击炮、11挺机枪和不到1300条步枪和冲锋枪。完全不是德国野战师的对手。眼看德第295师就要获胜，崔可夫把所存不多的坦克投入战斗，包括第189、第27坦克旅和近卫第6坦克旅。
可是德军立刻摆出反坦克炮，把冲过来的苏联坦克一一击毁。苏军损失了19辆坦克（包括10辆T-34），败退而去。截至进攻第1天夜间，第295师把苏军近卫第6坦克旅逼到了街垒新村和红十月村。或许是苏军坦克反击的成效，德军未能在这一线取得突破性进展。
在城南地区，第48装甲军的进攻也如期开始。第24装甲师得到的任务是在第94步兵师掩护下沿着铁路线前进，推进到2号车站。可是苦战至清晨8时55分也只推进了100米。当天德军以萨多瓦亚车站为进攻据点，向东夺取了拖拉机站。可随后就被苏军猛烈的火炮和迫击炮火力所覆盖，几乎无法动弹。
再向南，在库波罗斯诺耶地区，由德第94步兵师右翼配合，德第29摩托化师和第14装甲师一部猛烈打击苏近卫第35师和内务第271团。德军在这一区拥有压倒性的巨大优势，可是苏联人的抵抗相当顽强，德军历经奋战，也只取得微弱进展。不过一番厮杀后，苏军在城郊的据点大都被肃清。
9月13日这天，保卢斯对斯大林格勒的北南两路突击都进展不大。中路的德国第71步兵师兵力并不强，攻势却相当凶猛，逼迫苏第42旅朝南退向察里察河。第71师迅速迫近市中心。这消息令希特勒的元首大本营里爆发了一阵狂喜。
入夜后崔可夫决定反击，当晚10时30分，他下达命令要求各部队对冲入城内的德军发动夜袭。凌晨3时30分，近卫第6坦克旅和第272内务步兵团充当开路先锋，冲击了德第295、第71步兵师的结合部，其他各部也纷纷开始行动。可是很快就有60架德国俯冲轰炸机飞来，把反扑的苏军打得抬不起头来。战至9月14日上午，苏军的三个坦克旅打得只剩下一辆坦克。很显然双方仍然在用野战战术对垒，而德军压倒性的空中优势和地面炮火、兵力优势可以保障他们牢牢地控制住主动权。
9月14日12时，德军恢复进攻。第51军和第48装甲军沿着察里察河两侧前进，大举涌入市内。在城市的最南端，苏军近卫第35步兵师也参加了凌晨的反击，这让他们损失了大部分兵力，能继续战斗的步兵还只剩下250多人。他们的电台被打坏了，随即陷入混乱。德军第48装甲军趁势发动突袭，一举打开了一条5公里宽的缺口，并进至伏尔加河畔。第64集团军司令员舒米洛夫立即命令第422步兵师展开反击，并夺回了一部分阵地。
在察里察河以北，第51军的进攻比前一天顺利得多，第62集团军在凌晨的反击显然消耗掉了太多有生力量。德军第295步兵师利用昨天的成果，继续压迫苏军后撤，向马马耶夫岗逼近；第71步兵师保持了昨天的凶猛势头。步兵在强击火炮配合下挫败了近卫第6坦克旅的反击，驱散了措手不及的苏联步兵，如洪水一般闯入市中心。
下午5时，德军已经冲到1号车站中央地带。经过5次拉锯战，德军夺取车站并乘势夺取了附近“1月9日广场”的一部分，占领了专家大楼，随即又陷入激烈战斗。第71步兵师打通了一条狭长通道，冲到了伏尔加河的中央渡口。占据专家大楼和银行大楼的德军用加农炮、迫击炮、冲锋枪和机枪疯狂扫射河段，企图阻止红军援兵渡过来增援。
德军第71师第194团的先头营长感慨道：“现在决定性的时刻正在迫近。”
中央渡口是第62集团军获得物资和人员的最主要通道，一旦失去渡口，苏军就将弹尽援绝。正因为如此，即使德军已经冲到集团军司令部前800米，都不比渡口的战斗更能引起崔可夫的高度关注。
然而这里的危机竟出人意料地被化解了。当德军眼看就要冲到这里的时候，突然有30多名苏联人冲了出来，打了德军一个措手不及。德军误以为遭遇了守军的大部队，丢下大炮、掉头跑了回去。其实这几十个人是苏联内务人员和警察，他们在这里正在执行“阻塞队”任务，也就是抓捕从前线溃败下来的逃兵。
德军被击退后，东岸的苏联内务部人员用摩托艇给中央渡口的同行们送来了弹药补给，这让守卫者大为振奋。虽然他们中并无专业炮手，却操控火炮向专家大楼和银行大楼胡乱打了几发，可惜都没能命中。
虽然击退了德军的进攻，但渡口的危机还没有解除。崔可夫决定孤注一掷，他把司令部参谋人员和警卫连组织起来，还拼凑了9辆坦克，将他们投入到前线。当苏联坦克过去的时候，德军步兵躲到建筑物后方，配合作战的强击火炮在邻近的道路上开火阻击。一阵近战厮杀后，冲到渡口的德军损失已经相当惨重，有个营只剩下50名有战斗力的士兵。渡口暂时解除了危机。
当晚第62集团军的部队已经所剩无几，担任正面防御的几支部队损失尤其惨重。第244步兵师两天前还拥有3600多人，现在剩下1500人；第42步兵旅的5000多人几乎打光了，只剩下600多人；第196步兵师原有1000人，现在剩下一半。几个坦克旅的坦克加起来还有40多辆，还有相当一部分已经无法行动，只能作为装甲火力点使用。
在伏尔加河东岸的方面军司令员叶廖缅科及时运来了援兵——近卫第13步兵师。该师齐装满员，兵力足足有1万人。师长罗季姆采夫曾参加过西班牙内战，是一名经验丰富的老兵。在部队渡河前，罗季姆采夫就已经于9月14日中午赶到了崔可夫的指挥部。二人商定师属炮兵部队和后勤人员留守东岸，其余7000人部队将于14日和15日晚分两批渡河。
入夜后，近卫第13师先头一个加强营（由近卫第42团团长率领）搭乘快艇横渡伏尔加河。在快要登岸时，一艘正在燃烧的驳船和岸上一棵燃烧的大树暴露了他们的行踪，德军借助光亮动用各种轻重武器向快艇射击。形势紧迫快艇随时可能被击毁，先头营不等靠岸，就纷纷跳入水中，徒涉爬向岸边，进入如同烈火地狱般的斯大林格勒。
当该师第一批人员上岸时，却看到固守中央渡口的民警和内务人员还在继续徒劳地摆弄着76毫米大炮。第42团团长只好要这些外行暂停射击，否则会干扰正规军的行动。此后几乎决定了斯大林格勒战役结局的这几十个民警和内务人员，就从历史记载中消失了，换上的新主角——近卫第13步兵师。
这个加强营上岸后马上就投入了反击，崔可夫交给他们的任务是夺回白天被德军第71步兵师占领的阵地。该营用刺刀把伏尔加河桥头堡上的德军第71步兵师先遣队赶出了啤酒厂，又包围了银行大楼。然后顶着几乎要把一切都炸到地底下的德军轰炸，沿着铁路线冲向1号车站，和德国人展开了反复的拉锯战。与此同时，近卫第13师的主力部队也搭乘各种快艇、拖船、驳船和渔船冲过河面。6000余人逐次进入市区，强化了苏军的街道战力。
近卫第13师不仅要拯救市中心，还要拯救北面的马马耶夫岗，那里的形势已危如累卵。德军第295步兵师的一个团已经冲到了山顶，一些苏军军官支撑不下去，丢下士兵逃跑了，也有的直接向德军举手投降。不过更多的苏军士兵选择了继续抵抗，德军冲上来又被打下去，再冲上来再被打下去，反反复复、难解难分。
就在这个关键时刻，近卫第42团的另外两个营赶到，与守军第112师和内务第269团一道，向德军发起反冲锋。双方的战斗持续到次日下午3时，近卫第42团坚守住了马马耶夫山岗。
近卫第42团没有留在马马耶夫岗，他们把防务移交给赶来的近卫第39团，随后返回市中心地区，继续与德军第71步兵师的两个团争夺1号车站。他们在那里又战斗了3天，其间1号车站反复易手19次，最终被德军占领。不过车站附近的建筑物里战斗一直在持续。
近卫第42步兵团的故事还没有结束。在与德军反复争夺“1月9日”广场时，该团夺取了一栋四层高的楼房——第61号楼，这里几乎可以控制整个“1月9日”广场。起初这里只有巴甫洛夫中士率领3名士兵坚守，3天后他们得到了1个排（7人加1挺机枪）的支援，再之后这座大楼的守备力量增加到24人。德军为了夺回第61号楼不断发起进攻，双方前前后后进行了长达58天的战斗，无数炮弹和炸弹把大楼炸得千疮百孔，但苏军士兵始终没有放弃这里。61号楼也因此以“巴甫洛夫大楼”而著称于整个战役。
巴甫洛夫大楼只是斯大林格勒巷战的一个缩影，类似的大楼有很多。不同的是那些建筑物未必完全掌握在苏军手中，往往是双方犬牙交错，不同的楼层为苏军或德军分别控制的事情屡见不鲜。用一个德国士兵的话说：“我们占领了厨房，却还要为客厅战斗。”
在城南，德国第24装甲师于9月15日凌晨3时30分发起进攻，在南侧第94步兵师的重炮掩护下强攻2号车站，可是这一攻势很快遭受挫折。先头坦克营受困于复杂地形、苏军的坚固阵地和堡垒，还遭到苏联坦克的伏击。车站里还盘踞着苏联装甲列车。德军召唤来俯冲轰炸机想炸毁装甲列车，却把炸弹丢到了德军自己的队形里。
下午，第24装甲师卷土重来，经过激战终于在16时夺取车站，与南面的第94步兵师一道对东侧的水泥粮仓形成迂回之势。德国坦克继续向北挺进到车站以东的察里察峡谷地带。值得一提的是，当第24装甲师接近察里察河时，还被对岸的德军第71步兵师错当成苏军而施以炮击，有3辆坦克被毁。短短一天之内，第24装甲师被自己人误伤了至少3次。
第二天，第48装甲军正式接受第6集团军的战术指挥，但后勤补给仍归第4装甲集团军供应。当天第24装甲师开动起21辆坦克继续强攻。该师在9月16日主要有两个任务：一是渡过察里察河，与北面的第71步兵师会合；二是要清除苏军残留在城西的“兵营山”据点。
战斗比昨天更激烈。当德军终于夺取一条壕沟后，立刻遭到一阵猛烈的炮火打击，没有人说得清这究竟是苏军炮火还是德军炮火。接着，德军又与冲到50~100米处的苏联坦克厮杀。第24装甲师的先头坦克营和1个装甲步兵营一举冲过察里察河铁路桥，进入北岸建立起桥头堡，与第71步兵师近在咫尺，胜利在望！可是苏军立刻对桥头堡展开了猛烈炮击。德军熬不过打击，于入夜后丢弃桥头堡和大量弹药行李，逃回南岸。
更南面的米尼纳地区，德国第29摩托化师力图彻底毁灭孱弱的近卫第35师残余，可是崔可夫把一些所剩不多的部队调来增援。苏军的抵抗出乎意料地顽强，使德军止步不前。
远在柏林的德国宣传部长戈培尔在9月16日这一天宣布“斯大林格勒已经被英勇的德国军队占领”。习惯收听敌方电台的斯大林立即致电叶廖缅科，询问对方“德军真的占领了斯大林格勒吗？请坦率诚实地回答”。
斯大林格勒当然还没有被占领，但崔可夫的损失也相当严重，他所处的形势也在急速恶化中。9月17日，崔可夫向方面军催要援兵，当晚叶廖缅科就把齐装满员的第92海军步兵旅和第137坦克旅运到了对岸。9月18日，崔可夫又得到了第95步兵师。其中第92海军步兵旅和第137坦克旅被加强到了近卫第13步兵师的两翼；第95步兵师则派往马马耶夫岗。
城南的战斗虽然同样血腥残酷，但德军还是取得了一些进展。自9月17日以来，双方争夺的焦点是水泥粮仓。德军在这里投入了第94步兵师，并有第24装甲师一部的加强。粮仓的墙壁极其坚固，普通炮弹根本奈何不得。第24装甲师用88毫米高炮射击也没太大效果。依托这坚固堡垒，苏军打得极为顽强，马克沁机枪不断喷吐火舌。
战至最后，守军喝干了最后一滴水，马克沁机枪也因无水冷却而无法使用，战士们笼罩在灰尘和烟幕中，却仍不放弃抵抗。德国人只好释放瓦斯来驱离守卫者。9月22日，当德军最终冲进粮仓后，只发现了40具苏军尸体，德军却死伤惨重。一名参战的德国士兵后来回忆，自己所在的营就损失了整整一个标准连的兵力。他在日记里绝望地写道：“如果斯大林格勒所有的建筑物都像这样防守的话，那么我们的士兵将没人能回到德国去。”
保卢斯并没有绝望，甚至保持了乐观的情绪。当德军攻占水泥粮仓后，他似乎感觉到自己已经胜利在望。在空军的支援下，德军在城南的进攻依旧猛烈，苏军的防线逐渐趋于崩溃。9月23日，第42步兵旅指挥所被炸弹击中，指挥部成员非死即伤。9月25日，该旅弹尽粮绝，兵力耗尽。9月26日，第92海军步兵旅指挥员抛下部队逃往安全地带，部队随即陷入崩溃，大批士兵试图游到对岸，很多人都死于德军的炮火。当天晚上，苏军在南部城区的抵抗基本结束，第64集团军残存的部队撤退到了城外。
在城北，德军第71步兵师夺取了红色广场，这里是全城的象征所在。9月26日，保卢斯向希特勒报告，德国军旗已经插在了市政府大楼顶上。当前线德军看到这面军旗旗帜，也认为战斗已经结束，他们终于可以松口气了。在半个月的城市巷战中，第6集团军又损失了2.5万人。
苏军守城部队也伤亡惨重，新投入的几个满员师经过最初几天的凶猛厮杀，很快每个师就只剩下数百名步兵。可是保卢斯高悬起来的万字旗并不能证明他已经征服了斯大林格勒。此时至关重要的马马耶夫岗制高点还在血战争夺，更重要的北部工业建筑群也牢牢掌握在苏军手中，北郊雷诺克方向的激战也在继续。
旷日持久的巷战才刚刚开始而已……
