1942年9月13日、14日、15日，对斯大林格勒保卫者来说，是极其艰难的日子。市区争夺战异常残酷。当时，德军用在斯大林格勒方向的兵力有50多个师，其中13个师直接投入市区的战斗。斯大林格勒方面军虽已拥有6个集团军，但各个师都严重缺员，有的师甚至仅有800人。防守市区的苏军仅9万人，但是，苏军士气高昂，为保卫神圣的国土，个个视死如归。德军从南、北、西三面包围了斯大林格勒，苏军的陆上交通完全被切断，伏尔加河成为支援这次会战的唯一运输线。敌人不顾一切，一步步通过市内的废墟，愈来愈逼近伏尔加河。似乎斯大林格勒保卫者要支持不住了。但是，只要敌人一向前推进，苏军第62和第64集团军的英勇无畏的战士就加以阻击。市内古老建筑物的废墟变成了堡垒。然而，兵力却在每时每刻都在减少着。在艰巨而且看来似乎是最后一刻的时候，罗季姆采夫的近卫第13师起了转折作用。该师一渡过伏尔加河进入斯大林格勒后，立即就对敌人实施反冲击。该师的突击完全出乎敌人的意料之外。9月16日，近卫第13师夺回了马马耶夫岗。
戈洛瓦诺夫和鲁坚科指挥的航空兵的突击，以及斯大林格勒方面军部队由北面对德寇第8军各部队所进行的冲击和炮击，援助了斯大林格勒的保卫者。斯大林格勒方面军向第24、近卫第1和第66集团军的官兵、空军第16集团军和远程航空兵的飞行员不惜一切牺牲，对东南方面军的第62和第64集团军固守斯大林格勒，给予了无可估价的帮助。尤需指出的是，如果没有斯大林格勒方面军部队顽强的反突击，如果没有航空兵的不断攻击，那么，斯大林格勒的情况可能还会更加恶化。
从9月中旬起，斯大林格勒全市的街道和广场都变成了激烈的战场。苏军浴血奋战，为争夺每一个街区、每一幢房屋，甚至为每一层楼或每一个房间，都要展开反复的残酷的战斗。后来甚至为争夺废墟而战。第1火车站在1周之内曾13次易手，战斗的激烈程度可见一斑。保卢斯集团军的一位德军军官写道：“我们军的各个部队在9月份抗击敌人企图由北面突破我斜切阵地的猛烈冲击时，也遭受了惨重的损失。在这个地段上的各个师虚弱不堪，一个连一般只剩下30～40人。”
9月底，斯大林又把朱可夫召回莫斯科研究更具体的反攻计划。这时，在东南方面军左翼各集团军研究反攻条件的华西列夫斯基也回到了莫斯科。去最高统帅部以前，朱可夫和华西列夫斯基会了面，以便交换意见。
在讨论斯大林格勒方面军地段的情况时，斯大林向朱可夫问道：
“你对戈尔多夫将军的看法如何？”
“戈尔多夫在作战方面是一位成熟的将军，但与参谋人员及指挥人员有点不和。”朱可夫汇报说。
“在这种情况下，应当任命另一位司令员担任方面军的领导。你看谁适合？”斯大林说。
朱可夫提名罗科索夫斯基中将为这个职务的候选人。华西列夫斯基支持朱可夫的意见。于是，当时斯大林做出决定：斯大林格勒方面军改称顿河方面军，东南方面军改称斯大林格勒方面军。顿河方面军司令员由罗科索夫斯基担任，其参谋长由马利宁担任。新组建的西南方面军司令员预定由瓦图京中将担任。决定以近卫第1集团军司令部为基本核心扩建成西南方面军司令部。该集团军司令员莫斯卡连科调任第40集团军司令员。
接着，斯大林、朱可夫和华西列夫斯基详细讨论了反攻战役的计划。之后，斯大林转过头来对朱可夫说：
“请飞回前线去。要采取各种措施，更多地消耗和疲惫敌人。要再去看一看计划中规定的预备队集中地域和西南方面军及斯大林格勒方面军右翼的出发地域，尤其在谢拉莫菲维奇和克得列茨卡亚地域。华西列夫斯基也应以同样的目的再去一次东南方面军的左翼，并在那里研究计划中规定的所有问题。”
朱可夫和华西列夫斯基奉命在现地详细研究了准备反攻的所有条件后，回到最高统帅部，再一次讨论了反攻计划。斯大林随即批准了这一计划。反攻计划由朱可夫和华西列夫斯基签署，最高统帅斯大林签字批准。
“不要暴露我们计划的企图，应该征询各方面军司令员对他们以后行动的意见。”
10月1日朱可夫返回莫斯科，进一步拟定反攻计划。
10月份，根据苏军最高统帅部的决定，有6个以上满员Ｂ的师经伏尔加河调入斯大林格勒，因为原第62集团军编制内，除后勤和司令部门外，实际上什么部队也没有了。顿河方面军也得到了一些加强。苏军最高统帅部和总参谋部对新组建的西南方面军尤为关注。