В числе мер по дальнейшему укреплению обороны Сталинграда были организация и проведение сильных артиллерийских контрподготовок по изготовившемуся для прорыва к Волге противнику.
Так, 5 октября в контрподготовке по гитлеровским войскам, пытавшимся организовать прорыв к Волге между Сталинградским тракторным заводом и заводом «Баррикады», участвовало более 300 орудий и минометов, в том числе 4 полка фронтовой артиллерийской группы. Для удобства управления группа, в которой насчитывалось 250 стволов (в том числе 150 орудий и минометов калибра 120—152 мм), была разделена на четыре подгруппы.
Активно действовала авиация 8-й воздушной армии. Ведя настойчивую борьбу за господство в воздухе, основные усилия она направляла на уничтожение танков и живой силы врага на поле боя в районах их сосредоточения. С 27 сентября по 8 октября воздушная армия совершила около 4 тыс. самолето-вылетов. Однако в действиях истребителей имели место и серьезные недостатки. Патрулирование дежурных самолетов
осуществлялось не на подступах к прикрываемым войскам, а непосредственно над ними или вдали от переднего края обороны. Вражеские бомбардировщики атаковались с дальних дистанций (800—1000м), а преследование их истребителями до полного израсходования боеприпасов велось не всегда. Вследствие этого результативность действий истребительной авиации снижалась.
Напряженно работала Волжская военная флотилия. Геройски дрались с врагом части Сталинградского корпусного района ПВО страны.
Таким образом, сопротивление советских войск на всех участках фронта в районе Сталинграда возрастало.
Однако и противник продолжал наращивать здесь свои силы, готовясь к последнему, «генеральному» штурму крепости на Волге. В течение октября в район Сталинграда было направлено около 200 тыс. обученного пополнения, до 90 артиллерийских дивизионов резерва верховного главного командования, в которых насчитывалось до 50 тыс. человек и свыше1 тыс. орудий. Кроме того, воздушным транспортом туда было переброшено около 40 саперных батальонов, специально подготовленных для штурма города.
К 9 октября в составе главной ударной группировки врага, действовавшей перед 62-й армией Сталинградского фронта, оставалось восемь дивизий. Теперь в них насчитывалось 90 тыс. человек, 2300 орудий и минометов, около 300 танков. Их действия по-прежнему поддерживали до 1 тыс. боевых самолетов 4-го воздушного флота. Этим силам врага на рубеже Рынок, поселок тракторного завода, заводы «Баррикады» и «Красный Октябрь», северо-восточные скаты Мамаева кургана, вокзал Сталинград-1 противостояли ослабленные длительными боями войска 62-й армии. В ней было 55 тыс. человек, 1400 орудий и минометов, 80 танков. В 8-й воздушной армии имелось только около 190 исправных самолетов. Советские войска уступали врагу в численности личного состава и в артиллерии в 1,7 раза, в танках —в 3,8 раза и в боевых самолетах — более чем в 5 раз. В таких неравных условиях начались бои за заводы тракторный, «Баррикады» и «Красный Октябрь», которые продолжались до 18 ноября.
Весь мир следил за мужественной борьбой сталинградцев. Советские воины проявляли беспримерную стойкость и упорство, высокое воинское мастерство, массовый героизм.
В тяжелые дни осени 1942 г. член ЦК ВКП(б) Д.3.Мануильский в одном из своих выступлений перед командирами и политработниками 62-й и 64-й армий так оценил подвиг защитников Сталинграда: «Товарищи, вам тяжело, вам тяжелее, чем кому бы то ни было на фронте и в тылу. Это знают ЦК партии, Советское правительство. Могу вас заверить, что вы скоро получите ощутимую поддержку всего народа. Наша партия, наш народ восхищены и горды тем, что могли воспитать таких людей, как вы — защитники Сталинграда, превратившие город в неприступную крепость.
3 октября в поселке Николаевском состоялся 10-й пленум Сталинградского обкома ВКП(б). На нем было принято обращение к защитникам города: «В эти трудные дни проникнемся одной мыслью — отступать некуда. Пути отступления закрыты приказом Родины, велением народа... Без Сталинграда для нас нет жизни, нет счастья».
Все новые герои рождались в сталинградских боях. Защитники города стойко выполняли свой долг. Они чувствовали поддержку всей страны, верили, что скоро начнется большое наступление. Свыше 100 тыс. морских пехотинцев сражались у стен города-героя на протяжении всей битвы. Ярким выражением их отваги явился бессмертный подвиг комсомольца М. А. Паникахи, вступившего в неравную борьбу с фашистскими танками. Всемирную известность получили подвиги бойцов гарнизонов Дома сержанта Я. Ф. Павлова, Дома лейтенанта Н.Е.Заболотного и мельницы № 4.
В рядах войск, оборонявших Сталинград, сражались также соединения и части войск НКВД. Они зорко оберегали тылы армий, охраняли и защищали коммуникации и переправы. Воинской доблестью и самоотверженностью отмечены боевые действия 10-й дивизии войск НКВД под командованием полковника А. А. Сараева, в которой было много пограничников. Наиболее ожесточенные бои дивизия вела на подступах к Мамаеву кургану, в районе тракторного завода и в центре города. Активно действовали в боях за Сталинград 2, 79, 91 и 98-й пограничные полки войск охраны тыла действующей армии, 79-му пограничному полку, например, во время сражения в городе выпало охранять и защищать важнейшую переправу через Волгу у тракторного завода, которая беспрерывно обстреливалась артиллерией и минометами, подвергалась бомбардировкам с воздуха. Но и в этих условиях пограничники самоотверженно выполняли свой долг. Пресекая диверсионно-разведывательные действия врага, они вступали в бои с его многократно превосходившими силами. Полк в ожесточенном бою отстоял переправу, дав возможность переправлять в Сталинград прибывающие подкрепления.
14 октября 1942 г. Гитлер подписал оперативный приказ № 1 главного командования сухопутных войск о переходе к стратегической обороне на всем советско-германском фронте, признав тем самым провал планов летнего наступления вермахта на востоке. Хотя гитлеровские войска вышли к Волге и углубились на Кавказ, они не смогли овладеть Сталинградом, основными нефтеносными районами Кавказа и перевалами Главного Кавказского хребта. Однако в районе Сталинграда наступление не прекратилось. В этот день фашисты пошли на очередной штурм волжского бастиона.
Атаки врага следовали одна за другой.15 октября гитлеровцам удалось овладеть Сталинградским тракторным заводом и на узком 2,5-километровом участке выйти к Волге. Положение войск 62-й армии крайне осложнилось. Часть сил армии, действовавшая севернее завода, оказалась отрезанной. Но героическая борьба продолжалась. В течение месяца шли тяжелые уличные бои за каждый квартал, дом, за каждый метр приволжской земли.
Постепенно натиск врага стал ослабевать. 11 ноября гитлеровцы предприняли последнюю попытку штурма города. В этот день они смогли занять южную часть завода «Баррикады» и на узком участке пробиться к Волге. Героически сражавшиеся войска армии генерала В. И. Чуйкова оказались рассеченными на три части. Основные силы армии прочно обороняли территорию завода «Красный Октябрь» и узкую прибрежную часть города, почти до реки Царица. Группа полковника С. Ф. Горохова занимала район поселков Рынок и Спартановка. 138-я дивизия полковника И. И. Людникова отстаивала восточную часть завода «Баррикады».
14 ноября начавшийся ледостав на Волге лишил дивизию возможности поддерживать сообщение с левым берегом. Пять дней она дралась, прижатая к Волге, но своих позиций не сдала. До перехода советских войск в контрнаступление положение 62-й армии в городе не изменилось. Итак, немецко-фашистским войскам не удалось полностью захватить город. Главная группировка противника, действовавшая в районе Сталинграда, понесла настолько большие потери, что вынуждена была окончательно перейти к обороне. 18 ноября 1942 г. закончился оборонительный период Сталинградской битвы. Город был удержан. Враг своей цели не достиг. В кровопролитных сражениях на подступах к Сталинграду и в самом городе его наступательные возможности были исчерпаны.
Четыре месяца продолжался оборонительный период битвы на Волге, в ходе которого Советская Армия провела на сталинградском направлении последовательно две стратегические оборонительные операции.
Первая была осуществлена на подступах к Сталинграду в период с17 июля по12 сентября 1942 г. войсками Сталинградского и Юго-Восточного фронтов. В ходе ее была обескровлена главная ударная группировка вермахта на советско-германском фронте и сорваны планы захвата Сталинграда с ходу. В ожесточенных оборонительных сражениях, развернувшихся в большой излучине Дона, а затем на сталинградских обводах, советские войска сокрушили наступательную мощь врага, удержали город-герой, хотя фашистам и удалось прорваться к Волге севернее Сталинграда, а также выйти непосредственно к его окраинам. В ходе упорных сражений на подступах к Сталинграду оборонявшиеся советские войска были вынуждены под напором превосходивших сил противника оставить врагу территорию площадью более 30 тыс. кв. км, отойдя на глубину до 150 км. В оккупации оказалось 14 районов Сталинградской области, в том числе 9 полностью и 5 частично.