Внешний оборонительный обвод протяженностью около 400 км начинался на Волге у Горной Пролейки и проходил по рекам Бердич, Иловле, Дону до Логовского, далее по р. Мышковка и по линии Васильевка, Плодовитое и снова упирался в Волгу у Райгорода. Средний оборонительный обвод протяжением до 150 км строился на линии Пичуга, Бол, Россошка, Гавриловка, Красноармейск. Внутренний обвод оборудовался на рубеже Орловка, Песчанка, Красноармейск, и, наконец, четвертый оборонительный обвод проходил непосредственно по окраине города. К началу оборонительного сражения строительство этих обводов еще не было закончено. Это не должно удивлять, поскольку при сравнимой с линией Мажино протяженностью они строились куда меньшее время. Тем не менее в ходе боевых действий построенные укрепления сыграли положительную роль. Советские войска, используя эти обводы, могли быстрее создавать оборону при отходе на последующие рубежи.
Сражаться на оборонительных обводах предстояло войскам Сталинградского фронта, развернувшимся и занявшим оборону преимущественно силами бывших резервных армий. Последние занимали к 23 июля следующее положение: 63-я армия генерал-лейтенанта В.И.Кузнецова (127, 153-я и 197-я стрелковые дивизии, 13-я истребительная бригада) по левому берегу Дона на участке Бабка, устье реки Медведица, общим протяжением около 300 км; 62-я армия генерал-майора В.Я.Колпакчи (33-я гвардейская, 147, 181, 184-я и 192-я стрелковые дивизии, 644, 645, 648, 649, 650-й и 651-й отдельные танковые батальоны, 40-я и 121 -я танковые бригады) развернулась на 100-километровом участке фронта от Клетской до Суровикино; 64-я армия генерал-лейтенанта В.И.Чуйкова (29, 112, 131, 214-я и 229-я стрелковые дивизии) развернулась южнее 62-й армии и обороняла 80-километровый участок от Суровикино до Верхне-Курмоярской, имея свой левый фланг на восточном берегу р. Дона.
Помимо бывших резервных, в состав фронта входила избежавшая рассечения и окружения 21-я армия (278, 300-я и 304-я стрелковые дивизии из числа дивизий Юго-Западного фронта, отошедших за Дон). Она занимала оборону также по левому берегу Дона, восточнее 63-й армии, до станицы Клетская на фронте свыше 60 км.
57-я армия генерал-лейтенанта Ф.И.Толбухина после отхода приводила свои части в порядок севернее Сталинграда в районе Орловка, Ерзовка, Дубовка.
Кроме того, в боях приняла участие 51 -я армия генерал-майора Н.И.Труфанова, еще входившая к этому времени в состав Северо-Кавказского фронта. Она оборонялась по левому берегу Дона, растянувшись цепочкой на участке Верхне-Курмоярская, Цимлянская и далее по левому берегу Дона на запад. Части армии вели напряженные бои с образовавшими плацдармы на южном берегу Дона передовыми частями противника в районах станиц Цимлянская, Николаевская и Константиновская.
Вышедшие после Миллерово в расположение Южного фронта и позднее переданные командованию Сталинградского фронта управления 28-й и 38-й армий были использованы для создания штабов двух танковых армий. Отрицательный опыт с армией А.И.Лизюкова не оттолкнул советское руководство от идеи создания аналога немецких моторизованных (танковых) корпусов. Управление 38-й армии генерал-майора артиллерии К.С.Москаленко было директивой Ставки ВГК от 22 июля переформировано в управление 1-й танковой армии, а управление 28-й армии генерал-майора В.Д. Крюченкина — в управление 4-й танковой армии. Сроком завершения формирования было назначено 28 июля. Штабы двух армий из «птицы-тройки» харьковской драмы должны были перейти в новое качество. Точно так же, как армия А.И.Лизюкова, обе танковые армии были смешанного состава, то есть включали как танковые корпуса (аналог танковых дивизий немцев), так и передвигающиеся пешим порядком стрелковые дивизии. Кроме того, в составе танковых армий были противотанковая и зенитная артиллерия и инженерные (саперные) части.
В состав 1-й танковой армии к началу боев на западном берегу Дона входили 131 -я и 399-я стрелковые дивизии, 13-й танковый корпус Т.С.Танасчишина (74 T-34 и 49 Т-70) и 28-й танковый корпус полковника Г.С. Родина (88 T-34, 60 Т-70 и 30 Т-60). Формально в армии числился еще 23-й танковый корпус, но реально он действовал на левом фланге 62-й армии вне оперативной связи с остальными соединениями 1-й танковой армии. В состав 4-й танковой армии входили 18-я и 205-я стрелковые дивизии и 22-й танковый корпус (96 T-34, 58 Т-70 и 26 Т-60 на 28 июля). Стрелковые дивизии для двух армий прибывали с Дальневосточного фронта. Поскольку ситуация под Сталинградом вышла из-под устойчивого контроля, было принято решение перебросить на этот участок фронта войска с Дальнего Востока и полки, сформированные из военных училищ Северо-Кавказского региона.
В силу постоянного участия в тяжелых оборонительных боях Юго-Западный фронт не успел сформировать в своем составе объединение для массирования усилий авиации — воздушную армию. После того как фронт стал Сталинградским, в его состав в конце июля 1942 г. была включена 8-я воздушная армия генерал-майора авиации Т.Т.Хрюкина. К началу оборонительного сражения 8-я воздушная армия в своем составе насчитывала 561 самолет, из них 337 исправных и 224 неисправных, В числе исправных самолетов было: 85 истребителей, до 30% которых составляли самолеты устаревших типов — И-16, И-15 и И-153, 48 штурмовиков, 88 дневных и 116 ночных бомбардировщиков (По-2). Возможности 8-й воздушной армии постоянно возрастали. С 20 июля по 17 августа в состав армии Т.Т.Хрюкина было передано 23 авиационных полка — около 450 самолетов. Кроме того, на аэродромы, расположенные ближе к Сталинграду, были перебазированы пять дивизий авиации дальнего действия.
Вновь получив в свое распоряжение подвижные соединения, Ф.Паулюс решил пробиться к Сталинграду самым простым и многократно проверенным способом: окружением и разгромом оборонявшихся на дальних подступах к городу соединений. Окружать предполагалось классическими «каннами». Соответственно северную ударную группировку составили XIV танковый корпус генерала пехоты фон Виттерсгейма (16-я танковая, 3-я и 60-я моторизованные дивизии) и VIII армейский корпус генерала артиллерии Хейца (384, 305, 389-я и 376-я пехотные дивизии). Южную ударную группировку составили LI армейский корпус генерала ар-тиллерии фон Зейдлиц-Курцбаха (пробивший в марте коридор к Демянску) и XXIV танковый корпус (первоначально только 16-я и 295-я пехотные дивизии).
Для концентрации сил на Сталинградском направлении в группу армий «Б» из группы армий «А» была передана 8-я итальянская армия в составе шести пехотных дивизий, одной пехотной и одной кавалерийской бригад. Эта армия должна была выйти на Дон и развернуться по его правому берегу на участке от Павловска до Вешенской, освободив этим самым все силы 6-й немецкой армии для наступления на Сталинград.
С воздуха наступление 6-й и 4-й танковых армий на Сталинград поддерживалось основными силами 4-го воздушного флота. На этом же направлении действовал VIII авиационный корпус Вольфрама фон Рихтгоффена, то есть наступающие на Сталинград армии получили в свое распоряжение самое мощное авиасоединение Люфтваффе на Восточном фронте. Корпус Рихтгоффена перебрался в конце июля на аэродромы в районе Тацинской и Обливской.
Оборонительное сражение советских войск под Сталинградом началось 17 июля 1942 г. на рубеже р. Чир боями передовых отрядов 62-й армии, которые к 22 июля отошли на основной рубеж обороны.
