Тем временем с утра 7 августа 1942 г. возобновили наступление войска 6-й немецкой армии под командованием Паулюса, усиленные подошедшими 17-м и 11-м армейскими корпусами. Нанося удары с севера и юга по флангам 62-й армии, оборонявшейся западнее Сталинграда, немецкое командование стремилось окружить и уничтожить её войска, полностью овладеть правым берегом Дона и затем, форсировав реку, прорваться к городу. Немцы атаковали силами 4 пехотных, 4 моторизованных и 1 танковой дивизий. Под натиском превосходящих сил противника войска 62-й армии начиная с 9 августа, с боями отходили на левый берег Дона, чтобы занять там оборону.
Положение войск 62-й армии, оставшихся на западном берегу, становилось все более опасным. 13 августа они вели бои в окружении, пробиваясь к переправам через Дон. Советские дивизии были раздроблены на небольшие группы. После упорных боев, которые продолжались до 14 августа, войска 62-й армии отошли на левый берег Дона и заняли оборону на внешнем оборонительном обводе на участке от Вертячего до Ляпичева. 62-я армия понесла серьёзные потери, от четырех её дивизий остались небольшие группы, которые выходили из окружения до 17 августа. Так, раненый командир 33-й гвардейской стрелковой дивизии полковник А. И. Утвенко вывел из окружения сто двадцать человек.
Наши войска повсеместно оказывали упорное сопротивление. Так, отличилась 20-я мотострелковая бригада под командованием полковника П. С. Ильина. В его распоряжении на пятикилометровом участке фронта в районе Калача-на-Дону имелось всего 1800 человек. Незначительны были и артиллерийские средства. Но, умело зарывшись в землю, укрываясь от бомбежек и артобстрела, советские бойцы не допускали гитлеровцев к реке. 15 августа саперы бригады взорвали мост через Дон, а когда враг навел переправу, то и она была взорвана. В боях с противником бригада (вместе с приданным ей артиллерийско-пулеметным батальоном укрепрайона) противостояла превосходящим силам противника и нанесла им значительный урон. Только в ночь на 1 сентября по приказу командующего 62-й армией 20-я мотострелковая бригада и присоединившиеся к ней части сняли оборону и стали отходить на Сталинград. Окруженная группа вышла по Дубовой Балке в район Дар-Горы, где заняла оборону севернее Пионерских лагерей. Здесь обескровленная в жестоких боях бригада в течение 10 суток продолжала сражаться с превосходящими силами противника. Героически, практически до последнего бойца дрались курсантские полки Краснодарского, Грозненского, Винницкого, 2-го Орджоникидзевского училищ. К середине августа реально существовал только полк Орджоникидзевского училища, находившийся в армейском резерве, остальные курсанты пали смертью храбрых. В результате немецкие войска ликвидировали плацдарм советских войск на правом берегу Дона в районе Калача.
В середине августа немцы нанесли новый сильный удар по 4-й танковой армии в направлении Трехостровской. Немецкие войска буквально протаранили оборону армии генерала Крюченкина и танковыми клиньями вышли к Дону. Части 192-й, 205-й и 184-й стрелковых дивизий не отходили на левый берег, а стояли насмерть. Они были окружены. Комдив полковник К. А. Журавлев был тяжело ранен; его вынесли из окружения и спасли. Командование дивизией принял начальник политотдела Серебрянников, но он вскоре погиб. 17 августа немцы окружили командный пункт 753-го стрелкового полка. Работники штаба вступили в бой. Гитлеровцы забросали КП гранатами и перебили охрану. В этом бою погибли командир полка майор А. И. Волков и начальник штаба капитан А. И. Запорожцев. Остатки 676-го и 427-го полков отошли к Сиротинской, где накануне оборону заняла 40-я гвардейская стрелковая дивизия 1-й гвардейской армии.
Последующие несколько дней, будучи в полном окружении на донском правобережье, остатки 192, 205-й и 184-й стрелковых дивизий более 30 км пробивались по тылам противника к Дону. Выходили из окружения с оружием и документами, а при невозможности — уничтожали технику. Выходили большими и малыми группами в направлении Голубинский, Качалинская, Сиротинская. Большая часть вышла к Сиротинской и вошла в состав 1-й гвардейской армии. Часть вышедших из окружения бойцов направили в Сталинград для укрепления его обороны.
Оставшиеся войска 4-й танковой армии своим левым флангом 17 августа отошла за Дон, заняв оборону по внешнему обводу от устья р. Иловля до Вертячего, а частью сил (правофланговыми соединениями) — на северо-восток. На рубеж Кременская — Сиротинская — устье Иловли в это время были выдвинуты четыре дивизии 1-й гвардейской армии, которая первоначально предназначалась для Юго-Восточного фронта, но была передана Сталинградскому фронту. Вначале выгрузились 39-я и 40-я гвардейские дивизии под командованием генерал-майоров С. С. Гурьева и А. И. Пастревича. Затем стали прибывать 37-я и 38-я гвардейские стрелковые дивизии. Все они еще не успели закончить формирование, но должны были сразу же вступить в бои. 41-я гвардейская дивизия была на марше. 37-я и 39-я дивизии укрепили 4-ю танковую армию. Остатки 321-й, 205-й и 343-й стрелковых дивизий (правый фланг 4-й танковой армии), насчитывавшие всего по 700-800 человек, передавались в 1-ю гвардейскую армию. Через несколько дней прибыли также 4-я гвардейская и 23-я стрелковые дивизии взамен двух соединений, переданных танковой армии. В яростных боях советские гвардейцы остановили натиск врага и сохранили плацдарм на правом берегу Дона.
В эти тяжелые дни наши воины совершили не один подвиг. 16 августа группа бойцов 40-й гвардейской стрелковой дивизии — Н. А. Бурдин, П. И. Бурдов, И. И. Гущин, А. С. Двоеглазов, Н. В. Докучаев, И. Н. Касьянов, В. А. Меркурьев, А. И Пуховкин, М. П. Степаненко, Г. А. Унжаков, И. Н. Федосимов, Н. М. Федотовский, В. А. Чирков, Г. Ф. Штефан и М. А. Шуктомов во главе с младшим лейтенантом В. Д. Кочетковым приняли бой на господствующей высоте у хутора Дубового в районе Сиротинской. Горстка бойцов отразила атаку передового вражеского отряда, а затем целой роты. Герои отбили 5 атак. 17 августа наступление немецкой пехоты поддержали танки. Несколько часов советские гвардейцы бились с превосходящими силами врага. В конце осталось всего четверо бойцов — Степаненко, Чирков, Шуктомов и раненый Кочетков. Боеприпасы были израсходованы. Тогда герои обвязались гранатами и постарались уничтожить немецкие танки. Когда подошло подкрепление, было обнаружено шесть подбитых немецких машин. О подвиге гвардейцев успел рассказать умирающий Кочетков. И таких схваток была масса. Так, советские воины, умирали, но останавливали врага. С каждым таким боем «непобедимая» машина вермахта получала небольшую, но пробоину. Перелом в войне приближался.
На правобережный плацдарм переправилась 38-я гвардейская стрелковая дивизия под командованием полковника А. А. Онуфриева и с ходу включилась в бои. «В последующие дни противник непрерывно атаковал наши позиции по всему переднему краю. Однако успеха нигде не имел. Не помогла ему на этот раз и поддержка авиации, которая ожесточенно бомбила боевые порядки обороняющихся и переправы через Дон». В полосе 1-й гвардейской армии противник не смог форсировать Дон.
Благодаря героизму советских воинов, полной мобилизации имеющихся сил и переброске в район Сталинграда резервов, попытка немецкого командования с ходу взять Сталинград окончательно провалилась. В течение месяца шли яростные бои, враг рвался вперед, но прорывая советскую оборону, встречал новые заслоны. Наши войска наносили контрудары, старались отбросить и приостановить наступление противника. «Ожидания взять Сталинград внезапным ударом, — признавал впоследствии командующий 6-й армией Паулюс, — потерпели тем самым окончательно крах».
С выходом немцев к внешнему оборонительному обводу закончился первый этап наступательной операции вермахта. С 17 июля по 17 августа 1942 года немецкая армия продвинулась на 60-80 км. Немецкие войска находились в 60-70 км от города с запада, и всего в 20-30 км — с юга. Над Сталинградом с севера и юга нависали две ударные группировки противника, и немецкая армия сохраняла общее превосходство над советскими войсками. Немцы продолжали рваться вперёд, к Волге. Замысел противника был очевиден: овладеть Сталинградом путем нанесения концентрического удара с севера и юга.