Против войск центрального участка действовали 295, 76-я и частично 71-я немецкие пехотные дивизии, усиленные танками в количестве свыше 100 машин. Перед южным участком обороны группировалась остальная часть 71-й пехотной дивизии, 94-я пехотная, 24, 14-я танковые и 29-я моторизованная немецкие дивизии. В составе этой группировки действовало свыше 150 германских танков.
На 13 сентября задачей войск центрального участка фронта было: прочно удерживать занимаемые рубежи и совершенствовать оборонительную систему. На южном участке левофланговые части 244-й стрелковой дивизии и правофланговые части 10-й стрелковой бригады при поддержке 133-й и 26-й танковых бригад должны были нанести удар по 24-й немецкой танковой дивизии из района высоты с отметкой 126,6 в общем направлении на станцию Садовая.
Ночь на 13 сентября на всем фронте армии прошла спокойно. Только одиночные самолеты люфтваффе сбрасывали бомбы на советские войска и на территорию города.
На рассвете 13 сентября 38-я моторизованная, 6-я танковая бригады 23-го танкового корпуса, занимавшие позиции к юго-востоку и к югу от селения Александровна, части 10-й стрелковой бригады, находившиеся восточнее станции Садовая, и 35-я гвардейская дивизия, оборонявшая рубеж Ельшанка, Купоросное, подверглись интенсивной бомбардировке немецких пикировщиков, а также сосредоточенному артиллерийскому и минометному обстрелу. Около 7 часов германские войска перешли одновременно в наступление против центральной и южной частей города, нанося удары из района Городище в юго-восточном направлении и из района Песчанка (7 км юго-западнее станции Садовая) в северо-восточном направлении, в тоже самое время обороняясь в центре 71-й пехотной дивизией. Для участия в наступлении немецкое командование привлекло три пехотные, две танковые и одну моторизованную дивизии (76, 94, 295-я пехотные, 14, 24-я танковые и 29-я моторизованные дивизии). Этими силами были нанесены удары с четырех направлений: 1) разъезд Разгуляевка, поселок Красный Октябрь, высоты 144,3; 126,3; 2) больница, Аэродромный поселок; 3) станция Садовая, МТС; 4) с юго-запада на Купоросное. Командование немецких войск рассчитывало этими концентрическими ударами сломить сопротивление советских войск и овладеть центральной и южной частями города.
На участке 23-го танкового корпуса (центральный участок фронта армии) после ожесточенного боя и ценою больших потерь немецким частям удалось во второй половине дня прорвать оборону войск Красной Армии и овладеть МТС и поселком, расположенными соответственно в 1 км северо-восточнее и юго-восточнее разъезда Разгуляевка, восточными скатами высоты с отметкой 126,3 и Аэродромным поселком. При этом 6-я танковая бригада уничтожила 27 танков противника, 16 автомашин и до 500 германских солдат, но и сама понесла тяжелые потери: в ней остались только один танк и 30 человек личного состава.
Всего же потери 23-го танкового корпуса в этот день составили: 189-я танковая бригада — сожжено 5 Т-34, 2 Т-70, убитыми и ранеными до 80 человек; 27-я танковая бригада — сожжено 5 Т-34, 7 Т-70 и Т-60 (19 танков на 11 сентября 1942 года находились в войсковом ремонте. — Примеч. авт.), до 50 убитыми и ранеными; 6-я танковая бригада — сожжено 13 Т-34, до 120 убитыми и ранеными. Потери противника в результате боев с частями корпуса составили: 41 танк, 20 автомашин, 8 пулеметных точек, 26 противотанковых орудий, 34 миномета, до 1260 убитых и раненых.
Контратаками советских частей дальнейшее продвижение противника, несмотря на его последующие атаки, было задержано. Обеспечивая свой правый фланг, командир 42-й стрелковой бригады вынужден был частью сил организовать оборону фронтом на север.
23-й танковый корпус силами 189-й танковой и 9-й мотострелковой бригад, выдвинутых из резерва командира корпуса, отошел и занял оборону по западным опушкам рощ у поселков Баррикады и Красный Октябрь. 272-й полк НКВД, находившийся в Сталинграде, занял район высоты с отметкой 115,4.
На южном участке фронта атаки противника из района станции Садовая против 10-й стрелковой бригады и на Купоросное против 35-й гвардейской стрелковой дивизии энергичными контратаками наших войск были успешно отражены.
В ночь на 14 сентября, выполняя приказ командующего фронтом, командующий 62-й армией решил ударом по прорвавшимся частям 76-й и 295-й немецких пехотных дивизий уничтожить их и восстановить положение; для этого было приказано: сводному батальону 112-й стрелковой дивизии с усиленной ротой 9-й мотострелковой бригады и артиллерийским дивизионом нанести внезапный удар по частям 295-й пехотной дивизии вермахта из района высоты с отметкой 98,9 в общем направлении на поселок, что в 1 км юго-восточнее разъезда Разгуляевка; 272-му полку 10-й дивизии НКВД нанести контрудар по частям 76-й пехотной дивизии из района высоты с отметкой 115,4 в общем направлении на высоту 126,3 и далее на высоту 144,3; сводному полку 399-й стрелковой дивизии по сосредоточении в роще, что в 0,5 км севернее высоты с отметкой 112,5, нанести удар по частям 76-й пехотной дивизии немцев через Аэродромный поселок на высоту с отметкой 153,7.
С утра 14 сентября советские войска центрального участка фронта перешли в наступление и первоначально имели некоторый успех. Однако вводом в бой значительных сил авиации (группы, следовавшие одна за другой, до 60 самолетов каждая) противнику удалось отбить контратаку и вновь потеснить наши части. Используя благоприятную обстановку, отдельные группы неприятельских автоматчиков к 17 часам 14 сентября 1942 года прорвались в центральную часть города и вышли к вокзалу «Сталинград 1-й», где завязались напряженные уличные бои. При этом во время ведения уличных боев 6-я танковая бригада подбила 6 танков противника.
В распоряжение командующего 62-й армией была передана 13-я гвардейская стрелковая дивизия генерала А. И. Родимцева, располагавшаяся на левом берегу Волги. Дивизия получила задачу к 19 часам 14 сентября скрытно и в расчлененных порядках сосредоточиться в поселке Красная Слобода, а к 3 часам 15 сентября переправиться в центральную часть Сталинграда для борьбы с прорвавшимся противником. Переправа осуществлялась отдельными подразделениями (рота, батальон) средствами Волжской военной флотилии и понтонных батальонов под непрерывным артиллерийским огнем противника, под воздействием его авиации. Сразу же после высадки на правый берег переправившиеся подразделения получали боевые задачи и немедленно вступали в уличные бои.
Как только дивизия переправилась через Волгу, распоряжением начальника оперативной группы ГМЧ (гвардейских минометных частей. — Примеч. авт.) ей был придан 76-й гвардейский минометный полк майора Г. П. Решетникова, который огневыми залпами отгонял атакующие немецкие штурмовые группы.
С 14 до 18 сентября уличные бои не прекращались ни в центральной, ни в южной частях города. 13-я гвардейская стрелковая дивизия приостановила распространение противника в районе южнее вокзала. Но центральная часть города к западу от железной дороги, после упорной борьбы за отдельные кварталы и здания, была оставлена советскими войсками. Противник захватил мост через реку Царица и продвинулся к северу до южных скатов оврага Крутой.
Особенно ожесточенные бои происходили 17 сентября за вокзал «Сталинград 1-й». Этот район оборонялся 1-м батальоном 42-го гвардейского стрелкового полка (13-й гвардейской стрелковой дивизии), усиленным ротой автоматчиков и ротой противотанковых ружей. Подтянув к вокзалу до двух рот автоматчиков и до 20 танков (предположительно 14-я танковая дивизия), немецкие войска перешли в атаку. Три раза противник бросался на штурм. За день вокзал четыре раза переходил из рук в руки; к исходу дня немцы были отброшены за железную дорогу. На подступах к вокзалу остались 8 сожженных и подбитых вражеских танков, а также до 100 трупов солдат и офицеров.
