军第6集团军在1942年11月被团团包围。但在眼下，斯大林格勒的形势要求他们必须采取紧急行动。莫斯卡连科指挥的近卫第1集团军、科兹洛夫指挥的第24集团军以及马利诺夫斯基指挥的第66集团军在32公里长的阵地上对德军第8步兵军和第14装甲军发动进攻。进攻有两个目的：一是缓解第62集团军的压力，二是与第62集团军的右翼部队会合。5时30分，经过一阵弹幕射击之后，近卫第1集团军与第24集团军向德军发起攻击，但此时的德军拥有高地的战术优势，苏军炮火攻击并没有取得任何实质性成果，反而是苏军突击部队遭到敌军火炮、反坦克炮与机枪火力的猛烈压制。由于德军以空军为先导向苏军发起协同反攻，苏军进攻部队前进非常艰难，推进极其缓慢，导致苏军装甲兵、火炮与步兵之间的协同能力大大降低。斯大林格勒方面军苦战了5天，在付出惨重伤亡的情况下，除了暂时牵制德国空军的进攻之外，没有实现任何战术目标。然而，对于崔可夫来说，德国空军停止进攻的6个小时，对于自己是一次宝贵的机会。他请求叶廖缅科提供两个满编师的增援兵力，但只得到了两个旅。崔可夫将第92海军陆战旅部署在左翼的察里察河南部，将坦克第137旅部署在马马耶夫岗的右侧。9月18日18时，叶廖缅科命令崔可夫发动反攻，反攻目标如下：第62集团军必须在马马耶夫岗组建一支不少于3个步兵师和1个装甲旅的突击集群，向斯大林格勒西北部发动进攻，全力消灭该地区的敌人。这是一次异常大胆的计划，旨在增援斯大林格勒方面军重新发起的进攻行动。
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首次交锋（5）
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在马马耶夫岗左侧，近卫第13师在火车站的战斗中失利。9月19日，德军占领了斯大林格勒1号火车站，于9月21日将近卫第13师第1营包围。近卫第13师开始逐步后撤，在德军的猛攻下，第1营与大部队失去联系。在此情况下，第1营的红军战士们只有凭借英勇顽强的战斗精神，通过残酷的肉搏战来突破包围圈。他们占领了距离中央栈桥仅有274米的阵地。哈特曼中将率领的德军王牌第71师继续朝着伏尔加河方向推进，于傍晚时分控制了栈桥，试图攻至伏尔加河，进逼近卫第13师的左翼，将苏军第62集团军孤立在斯大林格勒市中心和北部。随后，第71师将继续向北推进，与向东南方向推进的第76和第295师会合，在小规模的歼灭战中击溃近卫第13师。这时，崔可夫的第62集团军的左翼濒临被击溃的危险。9月23日凌晨，尼古拉·巴秋科中校指挥第284西伯利亚师的2000人渡过伏尔加河，进入斯大林格勒。当巴秋科的部队上岸时，德军步兵已经推进到距离伏尔加河137米的范围内。这时，德国空军发起一次拂晓攻势，击中了河岸上的油桶，伏尔加河顿时燃烧起来，拂晓时的黑暗与石油燃烧产生的浓烟混在一起，形成了一道天然屏障，为巴秋科的部队向河岸靠近提供了绝佳的掩护。第284西伯利亚师的先锋团直接投入战斗，开辟一条通道。而后，该部队穿过燃烧的城市，对近卫第13师的左翼进行增援，并向在马马耶夫岗东南部山坡的第95师提供支援。第284西伯利亚师的主要目标是增援近卫第13师，肃清栈桥周围的敌人，同时向察里察河的北岸推进。9月23日10时，第284西伯利亚师与近卫第13师向德军第71师发动反攻，阻击该师向伏尔加河推进。但是，第62集团军的左翼虽然已经趋于稳定，但实战证明，重新占领栈桥和1号火车站显然超过了第62集团军的作战能力。不过，如果察里察河北岸的形势得到控制，他们就能够在河南岸勉强坚持一段时间。
德军向察里察河南部发动进攻，旨在攻至伏尔加河，将第62集团军左翼与舒米洛夫的第64集团军的右翼分割开。在第4装甲集团军的右翼，第14装甲师与第29摩托化师朝着伏尔加河方向迅速推进，逼近崔可夫的第62集团军。在他们左侧的察里察河南岸，第24装甲师和第94步兵师在近卫第35师和第42步兵旅的支援下通过米尼那郊区。9月17日，在伏尔加河河岸巨大谷仓的周边，双方展开了激战，苏军第92海军陆战旅也加入了战斗。谷仓是第4装甲集团军的钳形攻势的目标，部署在此的苏军防御兵力只有30名海军陆战队队员和20名近卫师战士，战斗的激烈程度是德军始料不及的。第94师的威廉·霍夫曼曾经这样记录他所在营（隶属第267团）进攻时的战斗情景：“我们的步兵与坦克向谷仓发动进攻，谷仓里冒出滚滚浓烟，粮食在燃烧，可能是苏联人自己将这些粮食点着了。太野蛮了。我们损失惨重。后来每个连剩下不到60人。守卫谷仓的根本不是人，简直是大火烧不死、子弹打不穿的魔鬼。”争夺谷仓的战斗一直持续到9月22日，德军三个师的部分兵力都被拖入了战斗。这次战斗的惨烈程度简直就是斯大林格勒战役的一个缩影。战斗中，行动的进展并没有像在开阔的平原那样快速而顺利。由于战斗从一个楼层转移到另一个楼层，从一个房间转移到另一个房间，因此，一座单独的建筑物几乎能够将一个团、甚至一个师阻滞长达4个小时的时间。当苏军在德军强烈的攻势之下被迫向伏尔加河方向撤退的时候，他们往往会为每一座建筑物、每一条街道展开战斗，依依不舍地忍痛放弃本属于自己的每一寸土地。9月20日，霍夫曼写道：“争夺谷仓的战斗仍在继续。苏联人从四面八方发动进攻。我们只能躲在掩蔽处，根本出不去。”战斗继续激烈进行了48个小时。9月22日，霍夫曼的一位战友终于如释重负，他相信“苏联人在谷仓的抵抗已经被击垮。我们的军队正朝着伏尔加河方向推进。我们在谷仓建筑物内发现40具苏联人的尸体……我们整个营只剩下一个正规连的兵力。我们这些老兵以前从未经历如此惨烈的战斗。”
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首次交锋（6）
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在惨烈的争夺战中，攻守双方在坚韧与耐力上展开了激烈的较量，德军被苏军拖入了一场旷日持久的消耗战。即便如此，保卢斯、霍斯和普通的德军士兵仍然坚信，德军终将取得最后的胜利。他们认为，第6集团军从来没有被击败过，是德军中战斗力最强的野战集团军。如果败在狼狈退守斯大林格勒的苏军第62集团军的手下，那是根本无法想像的事情，也是根本不可能的事情。当第94师最后占领谷仓时，苏军在察里察河南部的防御阵地也开始瓦解。近卫第35师已在德军的猛攻之下溃不成军，元气大伤的第92旅的海军陆战队队员与步兵第42旅的残部会师，第42旅旅长已经在9月23日德军的空袭下阵亡。对于察里察河南岸的战况，崔可夫只能依靠现场战地指挥官的报告进行掌握。然而，9月24日，迫于巨大的战斗压力，第42旅代理旅长把部队从西岸转移到伏尔加河中央的格罗德尼伊岛上，他从这里不断地向崔可夫发送错误报告。他这种有意欺骗上级、谎报军情的做法直到9月25日才被发现，但此时南部的战斗已经失败。后来，第42旅新任旅长在战斗中途向崔可夫报告该旅严重缺乏弹药、食物与水，无法再坚持更长时间。
霍夫曼在9月26日的日记中这样抱怨：“我们团已经卷入连续的战斗中。占领谷仓之后，苏联人继续顽强抵抗。你根本看不到他们，他们藏匿在房屋内和地窖中，从四面八方进行射击，包括从我们后方发动袭击———他们在使用土匪的野蛮战法。”然而，9月26日晚些时候，霍夫曼和战友们终于获得了短暂的喘息机会。苏军第92旅在第24装甲师与第94步兵师的联合进攻下被击溃，与第42旅残部一起撤退并渡过伏尔加河。这时，德军第24装甲师已经突进至伏尔加河，并在察里察河南部将中央栈桥置于己方火力控制之下。
崔可夫的第62集团军在敌人第一次进攻中得以幸存下来，但德国人已经赢得了一场重要的战术胜利。第4装甲集团军已经抵达伏尔加河，形成一条从察里察河到南部库珀罗斯诺雅郊区之间绵延8公里的前线。德军已经将红斯洛博达西部的中央栈桥置于自己的火力之下。同时，德国空军对强渡伏尔加河运送人员与物资的苏军舟艇编队不断进行攻击。在斯大林格勒市中心，德军占领了火车站，将苏军暂时赶出了马马耶夫岗高地。苏军对德军第6集团军北翼的反攻已被一一化解，第62集团军的桥头堡已经退至斯大林格勒北部的工业区。然而，目前的状况并没有让人感觉到胜利的迹象。苏军的抵抗使得德军惊恐不安。此时的德军已经没有了往日的骄傲自大和盛气凌人，而且也不再对苏军的战斗能力不屑一顾了。德军士兵在战斗开始数小时后，清楚认识到自己正在一种非同寻常的环境下作战，他们疑虑重重，苏军并不会与他们展开面对面的对攻，而是隐蔽在暗处与自己周旋。霍夫曼在9月28日的日记中记录了他所在部队庆祝胜利的场面：“我们与坦克一道占领了斯大林格勒南部并抵达伏尔加河。我们为胜利付出了惨重的代价。在三周时间内，我们前进了大约5。5英里。司令官向我们祝贺胜利……战争究竟在什么时候才能够结束？斯大林格勒的苏军什么时候才能被消灭？这场大屠杀能不能在圣诞节之前结束呢？”
德军士兵很快意识到这是一场不同寻常的战役，他们将斯大林格勒的战斗称为“猫捉老鼠战争”。德军司令部则设法采取措施，尽最大可能使德军适应这种混乱的巷战。然而，在巷战这种严重拥挤与局限的情况下，德军灵活的机动作战能力无法发挥有效的作用。同时，空中力量、装甲部队与步兵之间协同作战的威力也荡然无存。曾经参加过斯大林格勒战役的汉斯·多尔少将在1955年出版的《挺进斯大林格勒》中这样描述当时的场面：“实施大规模集团作战的时代已经一去不复返了，战争已从最初开阔的平原进入伏尔加河、起