在眼看他们就要全部阵亡的危急关头，苏军强击航空兵穿过德军高炮的射击及其歼击机的封锁，向敌人实施猛烈突击，集团军属和方面军属炮兵从伏尔加河左岸非常及时地给了支援。
10月14日至16日，在争夺拖拉机厂的战斗中，苏军表现出不可动摇的坚定性和高度的自我牺牲精神。
在若卢杰夫师的近卫步兵第114团守卫的一个地段上，德军对苏军的一个分队逐渐紧缩了包围圈。
近卫军军人击退了德军优势兵力的一次又一次冲击，但德军的进攻没有削弱，而且在继续加强。
突然，有6辆德军的坦克向守卫在山岗阵地上的三人战斗小组冲来。这个三人战斗小组是由苏军战士霍洛久克、司务长莫京和该小组的组长副指导员乌萨乔夫组成的。
力量悬殊的战斗开始了。
战斗中，近卫军战士们用反坦克枪向敌坦克射击，用一捆捆手榴弹炸敌坦克，用燃烧瓶烧敌坦克。
结果，6辆德军坦克全部被击毁。霍洛久克和莫京在这次战斗中壮烈牺牲，乌萨乔夫也受了重伤。
英勇的近卫军团的所有军人都像他们这样英勇地与德军进行着殊死搏斗。
近卫步兵第37师无比勇敢地保卫拖拉机厂，战斗到最后，全师剩下总共不到几百人。近卫步兵第114团剩84人，近卫步兵第117团剩30人，团属炮兵的45毫米加农炮、迫击炮、反坦克枪全部被打坏了。10月16日，师属炮兵参谋长帕夫洛夫大尉、副营级政委苏特林壮烈牺牲，近卫炮兵第86团团长索博列夫斯基中校和师通信主任索洛缅科大尉受伤。
10月16日，方面军司令员叶廖缅科上将过河来到伏尔加河右岸，到达设在距德军400米远旧坑道内的第62集团军指挥所，
听取了集团军参谋长关于战斗情况的详尽报告。
随后，叶廖缅科与崔可夫、古罗夫、克雷洛夫进行了长时间的交谈。叶廖缅科写道：
“过了一些时间，我与师指挥所就在附近的近卫步兵第37师、步兵第138和95师的师长们进行了详细的交谈。与近卫步兵第37师师长的谈话更加详尽。该师在保卫斯大林格勒拖拉机厂战斗中几乎全师覆没。师长若卢杰夫少将激动而又逼真的叙述，使我们再次感到这次损失的惨重。”
在回答方面军司令员提出的“你到底怎么把工厂丢给了敌人”的问题时，若卢杰夫将军回答说，全师忠实地完成了自己的任务，一步也未退却，大部分战士和军官都已献身。师长在结束自己的叙述时说道：“1000多架飞机轮番轰炸我们的战斗队形，近150辆坦克向我们发起冲击。潮涌般的步兵跟在坦克后面向我们轮番进攻。但我们谁也没离开自己的阵地。”
鉴于德军占领了拖拉机厂地区以及又抵近该地段上的伏尔加河，苏军最高统帅部大本营在10月16日13时指示斯大林格勒方面军司令员，必须“立即调步兵第300师的部分兵力，临时加强扎伊采夫斯基和斯波尔内岛的守备部队”。
德军虽然占领了拖拉机厂，但并没能摧毁苏军在斯大林格勒工厂区的防御。近卫步兵第37师和步兵第95师的余部，为了不被敌人包围和全部被歼，撤到了“街垒”厂附近。
10月16日夜间，步兵第138师全部渡到了伏尔加河右岸。步兵第308和138师成为抵抗德军进攻“街垒”厂的主力。
10月17日，第62集团军所属部队继续与进攻的德军进行顽强战斗。
德军在“红十月”厂区多次冲击都被击退，并遭到很大损失。
雷诺克新村地区和拖拉机厂以北的战斗打得尤为残酷。在那里进行防御的是与集团军主力失去联系的戈罗霍夫上校率领的北方集群。
德军在这里发动了5次疯狂的冲击，均被打退。在最初几次冲击中，德军的坦克和步兵冲进了雷诺克新村，并且占领了其中一部分地区。但到日终，苏军反冲击分队又将敌全部歼灭。
两天的战斗中，戈罗霍夫上校率领的部队打坏和烧毁德军坦克58辆，消灭德军官兵2000多人。
艰苦的战斗在“街垒”厂区进行着。由于步兵第138和308师之间出现了缺口，德军沿铁路向工厂展开了进攻。
第62集团军司令员下达命令，令步兵第138师师长柳德尼科夫上校立即封闭与步兵第308师之间的缺口，保障该师右翼，建立近距离联络。在任何情况下，都不许敌人进入“街垒”厂区。
柳德尼科夫上校坚决执行了命令。
在残酷的斗争中，丧失战斗力的斯大林格勒保卫者的人数在继续增加。第62集团军首长从后勤部队中将所有能参战的人挑选出来，把他们直接编到了与敌人作战的分队。但是人员还是不够。
危急关头，斯大林格勒的工人们挺身而出，与军队并肩战斗，保卫自己的城市。10月17日，第62集团军司令部建议将“街垒”厂的“工人武装总队”拨给近卫步兵第37师师长指挥。
德军于10月18日突破了步兵第308师战斗队形，前出到“街垒”厂的西区。德军企图完全占领工厂，并进抵伏尔加河62号渡口地区，步兵第138师、近卫步兵第37师、步兵第308和93师坚守占领的阵地，击退了德军的多次疯狂进攻。
斯大林格勒保卫者们继续在战斗。马马耶夫岗、107.5高地、
拖拉机厂地区内和察里察河河口地区内通往伏尔加河的要道都已掌握在德军的手中。第62集团军的防地尽在德军火炮的射程之内，一些地方甚至在德军机关枪、自动步枪的射程之内。城内苏军坚守的大楼都被德军航空兵炸毁。交战的枪炮声、厮杀声和熊熊大火交织在一起。
战场态势的改变和主动权的恢复，往往产生于再坚持一下的努力之中。在苏军的顽强坚持下，他们终于迎来了这一时刻。
10月下旬，第62集团军的整个处境终于发生了质的变化。经过几天的激烈交战，担任攻城任务的德军已精疲力竭。从总体上看，斗争的最危急的时期已经过去了。
在10月的战斗过程中，经过艰苦奋斗，德军仅仅占领了拖拉机厂，并从这里楔入苏军的防御，前出至伏尔加河。第62集团军的战线虽曾两次被切断，但德军并没有取得决定性的战果，没有挫败城市保卫者的抵抗。与此同时，德军的突击力量和进攻势头开始逐渐减弱。
坚守斯大林格勒城区的第62和64集团军的顽强抵抗，消耗了大量德军的有生力量。但是，许多街道和城里的一块块街区都落在德军的手里。
此时，苏军最高统帅部大本营预见到，德军强渡伏尔加河的危险性依然存在，而且一旦其渡过伏尔加河，战局将可能发生逆转。因此，大本营决心坚决阻止德军越过伏尔加河。
此时，远在德军大本营的希特勒则认为，斯大林格勒的作战进程虽然缓慢，但会战的结局肯定会有利于他。
然而，战局却正在向与希特勒的判断相反的方向发展着。
苏军依靠强大的后方，使其在斯大林格勒的力量不断增强。在斯大林格勒方向上，苏军的兵力和装备逐渐得到扩充，并采取了一些阻止德军可能突然强行渡河的措施。
10月，根据大本营的指示，苏军将三个筑垒地域（第77、118和156）移到伏尔加河左岸，编入坦克第2军的防御体系。
新的兵团陆续抵达斯大林格勒地区。城南集结了骑兵第4军的第61师和87师。步兵第7军（步兵第93、96、97旅）在杜博夫卡和维亚佐夫卡地区的集结也已完成。调到斯大林格勒方面军的部队还有步兵第169和45师。有7个步兵师从大本营预备队调到了顿河方面军。
为了组织斯大林格勒地区伏尔加河诸岛屿（斯波尔内、扎伊采夫斯基、戈洛德内、萨尔斯基）的坚固防御，苏军大本营给斯大林格勒方面军调来了机炮营，同时将索科洛夫上校指挥的步兵第45师、1个防空团和20挺大口径机关枪都调到了斯大林格勒方面军。
斯大林格勒方面军和顿河方面军为了执行最高统帅部的命令，正准备进行一次新的进攻战役。
（第64集团）军开始组建突击集团，定于10月22日前，在城西北方向和市中心实施突击。
顿河方面军受领的任务是，采取积极行动，牵制市内德军兵力。
（第64集团）军的反攻，于10月22日开始了。
出其不意的反攻使德军措手不及。很快，苏军就占领了146.0高地，并在库波罗斯诺耶、安德烈耶夫斯基农庄、泽廖纳亚波利亚纳、佩斯昌卡方向，顺利地向西北推进，击退了德军步兵第295和71师，以及第100师和摩拖化步兵第29师的部分部队的疯狂反击。
德军时而撤退、时而抵抗，时而又调遣预备队进行反击，企图阻止第64集团军反击部队向前推进。
当第64集团军反击部队解放了安德烈耶夫斯基农庄和泽廖纳亚波利亚纳接近地上的无名高地时，他们的战斗队形陷入了孤立突出的境地。
此时，德军使用100多门火炮向他们开火，炮轰后又将100多辆坦克和近2个步兵师的兵力投入反攻。
德军坦克突破了第64集团军反攻部队孤立的战斗队形，但进入苏军防御纵深后，被苏军的反坦克炮所消灭。德军步兵脱离自己的坦克，进行连环式反冲击。苏联步兵和穿着呢外衣、戴着海军无檐帽的水兵们，用火力和刺刀阻挡住了德军的反冲击，并以巨大的代价坚守住了夺回的阵地。
夜间，德军调来了预备队，从而使其在步兵兵力和坦克数量上形成优势，迫使第64集团军进攻兵团退回到原来的阵地。
在第64集团军反击时，斯大林格勒方面军和顿河方面军左翼兵团也向当面德军发起了反击。他们的进攻取得了重要成果，不仅将德军的很大一部分兵力从第62集团军身上引开，而且阻止了德军在主突方向上重新调配其兵力。
10月25日晨，经过40分钟的炮火准备和航空兵突击后，第64集团军的右翼兵团再次转入反攻。这次反攻仍在库波罗斯诺耶和泽廖纳亚波利亚纳地区进行。
激烈的战斗在战线的这个地段上从10月25日一直持续到11月1日。当苏军进攻部队向前推进3～4公里，并占领了库波罗斯诺耶南部后，德军实施了顽强的抵抗，使苏军部队无法继续推进。但这次反突击，牵制了德军的大量兵力。
德军沿伏尔加河河岸向“街垒”厂方面不能扩大突破口，于是打算从拖拉机厂往北向斯帕尔塔诺夫卡工人新村推进。但是，
德军在这里被在包围圈里进行搏斗的戈罗霍夫上校的北方集群截住了。北方集群此时在伏尔加河、麦切特卡河和拉托善卡新村之间8平方公里的土地上执行防御任务。
11月2日，在北方集群的防御正面上，战斗又以新的声势开始了。早晨7时，德军开始进行大炮和迫击炮的疯狂轰击，轰炸一直持续10个小时。
17时整，德军发动了坦克攻击，在德军炮轰时，苏军进行了严密防护，使兵力兵器得到了有效的保存。所以，当德军开始发起攻击时，苏军在自己的阵地上好像从未遭到狂轰滥炸一样，猛烈地还击了他们。
两天后，德军重新轰炸。这一次不仅轰炸北方集群的阵地，而且同时轰炸了伏尔加河左岸及苏军炮兵火力阵地所在的群岛。但是，当德军又发起冲击时，同样遭到了苏军有力的还击。
德军在这个方向上的全部行径，都遭到了失败。
古里耶夫少将指挥的近卫步兵第39师负责保卫“红十月”工厂，那里的战斗进行得也很激烈。
经过6天的苦战，德军于10月后半月进入了厂区，并于27日占领了工厂西北部。
科科林中校在描述古里耶夫将军师下属一个部队的战斗行动时说：“从这时起，我们为争夺每一个战壕、每一所房屋都要日夜苦战，因为伏尔加河就在我们身后。我们一直也没让***侵略分子在‘红十月’厂区向伏尔加河靠近。”
10月29日，方面军司令员叶廖缅科上将把刚从大本营预备队调来的索科洛夫上校的第45正规步兵师及坦克第235旅的一个坦克连调集到这里，增援近卫步兵第39师。这就为对敌实施反突击提供了条件。
反突击是在10月31日在前线航空兵和方面军炮兵群的支援下组织实施的。古里耶夫和索科洛夫的部队以坚决有力的反击，一举将德军从“红十月”工厂一些最大车间及成品仓库驱逐出去。以后直至苏军转入反攻这一段期间，工厂内的激战从未间断过，但德军始终未能全部占领工厂和逼近伏尔加河。
德军为保住在斯大林格勒已经占领的领土，开始修筑工事（土木火力点），设置防步兵和防坦克障碍物，以便阻止苏军的进攻行动。针对这种情况，第62集团军命令各部队，要昼夜不间断地监视敌人，并对已暴露出的工程点实施机关枪扫射和炮击，以摧毁敌人设置的各种障碍物。
斯大林格勒久攻不下，使希特勒极为不满。他对他的将军们大发雷霆，命令他们尽快拿下斯大林格勒。为此。他要求继续“增强力量”，实施进攻。
按照希特勒的旨意，德军在11月11日至12日，再次向苏军第62集团军大举进攻。
参加这次进攻的德军部队共有5个步兵师和2个坦克师。加强这些部队的是特意用飞机运到斯大林格勒的许多独立部队。
11月11日傍晚，德军终于攻克了步兵第95师第241团的防线，攻占了“街垒”厂南部，并在宽达500米的地段上突向伏尔加河。但德军在其他地段上的冲击均被一一击退。
在苏军的顽强抗击下，德军遭到了惨重的伤亡，以至他们的许多师只剩了个番号。德军第305师和79师几乎是全军覆没。
苏军第62集团军各部队也大伤元气，每师只剩下500～600人。到1942年11月11日止，第62集团军的基本状况是：全军4.7万人，大炮和迫击炮（口径76毫米或更大）约800门，坦克19辆（重型7辆、中型12辆）。
同时，第62集团军的防御被分割成了三个孤立的部分：一部分是雷诺克区，斯帕尔塔诺夫卡—戈罗霍夫上校北方集群（步兵第124和149旅，每旅500至600人）在这里作战。该集群从10月14日起，就与集团军主力断绝了联系。另一部分是“街垒”厂东部，剩下不到320人的柳德尼科夫的步兵第138师仍在这里的小登陆场上坚持顽强的防御。还有一部分是第62集团军的基本战线——从“红十月”工厂到码头（第95、第45师的部队，第193师的混编团，近卫第39师和第284师的部队）。罗季姆采夫少将的近卫第13师占据该地段左翼，他们的阵地在伏尔加河沿岸附近。
德军占领了伏罗希洛夫区（从市中心到库波罗斯诺耶山谷）。舒米洛夫少将指挥的第64集团军，仍然防守城南从库波罗斯诺耶山谷到红军（农业）区的地段。