Сталин запретил эвакуацию мирного населения из города, полагая, что их присутствие вызовет усиление сопротивления со стороны защитников. Гражданское население, в том числе женщины и дети, было привлечено к работам по улучшению защитных укреплений и продолжало работать до конца на тракторных заводах, переоборудованных в танковые.
Массивная немецкая воздушная бомбардировка 23 августа вызвала настоящую огненную бурю, унесшую жизни тысяч мирных жителей и превратившую Сталинград в огромный ландшафт горящих обломков и руин. 80% жилой площади города было разрушено.
Первоначально оборону города взял на себя 1077-й зенитный полк, подразделение, состоящее в основном из молодых женщин-добровольцев, не имеющих подготовки по наземным действиям. Несмотря на это и без поддержки других советских частей, зенитчики остались на своих постах и отбились от наступающих танков. 16-й танковой дивизии пришлось сражаться с ними, пока не были уничтожены все 37 зенитных батарей.
К концу августа немецкие войска вышли к Волге севернее Сталинграда. Последовало еще одно продвижение к реке к югу от города. Таким образом, советские истребители были окружены в городе при поддержке Волги, несмотря на различные средства передвижения по реке.
На начальном этапе советская оборона основывалась главным образом на «рабочих ополчениях», состоящих из рабочих, косвенно вовлеченных в военное производство. Танки продолжали производить и оснащать бригады заводчан-добровольцев. Машины везли прямо с завода на передовую, даже не покрасив.
Вскоре город достиг почти полного разрушения под огнем немецких бомбардировок. Мирные жители покинули город. Среди обломков советская 62-я армия сформировала оборонительные линии с опорными пунктами, расположенными в домах и на заводах. Бои в городе приняли ожесточенный и отчаянный характер. Приказ Сталина № 227, известный как «Ни шагу назад!» от 28 июля 1942 г. постановил, что любой, кто бежал или отступил со своих позиций без приказа, мог быть расстрелян. Но Советам на самом деле не нужна была эта пропаганда, чтобы понять ставки в этой битве и героически сражаться. Таким образом, немцы, продвигавшиеся к Сталинграду, сильно пострадали. Советские подкрепления были переправлены через Волгу с восточного берега под постоянным обстрелом артиллерии и «Штуков». Продолжительность жизни вновь прибывшего в город советского солдата упала до менее суток.
Немецкая военная доктрина основывалась на принципе общевойсковых команд, предполагающих тесное взаимодействие пехоты, инженеров и артиллерии при поддержке авиации. Чтобы противостоять этому, советские командиры приняли простой метод:всегда держать линию фронта близко. Это подвергало немецкую пехоту опасности собственного поддерживающего огня, что вынуждало ее ограничить ее применение.
