17 июля передовые части 6-й немецкой армии нанесли удар по 62-й армии генерал-майора В.Я. Колпакчи на рубеже реки Чир. Так началась Сталинградская битва. Поскольку Южный и Юго-Западный фронты к тому времени были совершенно разгромлены, ставка ВГК еще 12 июля создала Сталинградский фронт во главе с маршалом Тимошенко. Он уже доказал ранее свою несостоятельность, но Сталин ему, по-видимому, все еще доверял. Численность войск фронта достигала 540 000 человек, танков было свыше 1 000, а самолетов более 700. В резерв были переброшены 8 стрелковых дивизий с Дальнего Востока и вновь сформированная 57-я армия. В Ставке были уверены, что этих сил должно хватить для обороны подступов к Сталинграду. К тому времени более 200 тысяч жителей вокруг города были мобилизованы на строительство 4 оборонительных обводов.
19 июля 3 немецкие пехотные дивизии смяли передовую линию советской обороны и вступили в большую излучину Дона. В тот день на вопрос фюрера, когда будет взят Сталинград, генерал Паулюс ответил, что рассчитывает управиться к 25 июля.
Штаб фронта никаких достоверных сведений о намерениях противника не имел. Так, узнав о том, что какая-то «группа немецких войск» переправляется через Дон у станицы Цимлянской, Тимошенко приказал командующему 64-й армией генералу Гордову силами 66-й морской и 137-й танковой бригад нанести по ней удар. Соответствующий приказ был отдан, но когда танковая бригада стала переходить через мост у станицы Нижнечирской, выяснилось, что он не выдерживает веса средних и тяжелых танков. На поддержку атаки морских пехотинцев отправились 15 легких танков Т-60, именуемых в войсках «трактором с пушкой». Они шли всю ночь, а на рассвете увидели у Цимлянской «группу немецких войск». Это была 4-я танковая армия генерал-полковника Гота. Через полчаса для советских моряков и танкистов все было кончено.
23 июля терпение Сталина лопнуло, и он снял маршала Тимошенко с должности, назначив на его место командующего фронтом генерал-лейтенанта Гордова, по сути, заменив «шило на мыло». Излюбленным методом ведения войны у генерала Гордова были лобовые атаки и неподготовленные контрудары. Впрочем, то же самое можно сказать почти о всех советских военачальниках того времени. По этому поводу Сталин как-то высказался: «Гинденбургов у меня нет».
Н.С. Хрущев так вспоминал Гордова: «… недостаток его заключался в грубости. Он дрался с людьми. Сам очень щупленький человечек, но бьет своих офицеров». Вот такой «полководец» должен был отстоять Сталинград.
Тем временем 6-я немецкая армия продолжала фронтальное наступление на Сталинградском направлении. 27 июля немцы прорвались севернее города Калач к переправам на Дону и начали выходить в тыл всем советским войскам в большой излучине. Начальник советского Генштаба генерал Василевский, прибывший из Москвы для «усиления руководства» в штаб Сталинградского фронта, приказал бросить в бой 1-ю и 4-ю танковые армии (более 700 танков). Их атака не принесла особого успеха, прежде всего из-за плохого руководства и отсутствия должной координации действий между двумя свежеиспеченными армиями.
После 5 августа наступательный порыв советских войск иссяк, и они сами перешли к обороне. И все же ни о каком взятии Сталинграда «с ходу» говорить уже не приходилось, более того, Гитлер был вынужден согласиться на незапланированное усиление 6-й армии, понесшей тяжелые потери. В помощь Паулюсу с юга была переброшена 4-я танковая армия генерала Гота, ударная мощь которой тогда была сильно ослаблена – из ее состава уже были изъяты 2 танковых корпуса и мотодивизия «Великая Германия». Гот с оставшимися у него 48-м танковым и 4-м армейским корпусами перешел в наступление 1 августа. К 10 августа советские войска отошли на левый берег Дона. Получив сведения об очередном отступлении, Сталин сказал генералу Гордову: «Я поражен вашей близорукостью и растерянностью. Сил у вас много, а справиться с положением не хватает у вас хребта».
5 августа Ставка ВГК выделила из состава Сталинградского фронта еще один новый, Юго-Восточный, фронт под командованием генерал-полковника А.И. Еременко, который должен был удержать южные подступы к городу. Генерал Гордов поступил в подчинение генералу Еременко.
В то же время на усиление 6-й немецкой армии был передан из резерва 11-й армейский корпус генерала Штрекера. Также на Дон вышла 8-я итальянская армия. Больше резервов у немцев не было. У советских войск ситуация с резервами была куда более благополучной. 13 августа немцы пошли в новое наступление и 23 августа 6-я армия прорвала советскую оборону. В 16.00 того же дня 16-я танковая дивизия генерала Хубе вышла к Волге севернее Сталинграда.
