С 16-17 по 22 июля боевые действия проводились передовыми отрядами советских войск. В ходе первых боёв советские отряды оказали упорнейшее сопротивление противнику. По мере продвижения 6-й армии к Сталинграду происходило включение в её состав новых подразделений. 23 июля северная ударная группировка 6-й армии, имевшая многократное превосходство на направлении удара, перешла в решительное наступление в направлении на Калач, прорвала оборону 62-й армии и продвинулась на 15 км. К вечеру 24 июля 192-я, 184-я сд и 40-я танковая бригада оказались в окружении, в котором сражались неделю. 25 июля в наступление против 64-й армии перешла южная ударная группировка противника. Возникла угроза окружения войск 62-й и 64-й армий в большой излучине Дона. С целью устранения этой угрозы Ставка СВГК приняла решение нанести контрудары силами 1-й танковой (К. С. Москаленко) и 4-й танковой (В. Д. Крюченкин) армий. 25 июля 1-я ТА остановила наступление южной группировки противника, 27 июля нанесла контрудар 4-я ТА, деблокировавшая окружённые советские войска. Обе ударные группировки 6-й армии были отброшены, попытка форсировать Дон была сорвана. Фронт временно стабилизировался.
Потерпев неудачу в попытке захвата Сталинграда силами только 6-й армии, немецкое командование в конце июля передало в группу армий «Б» 4-ю танковую армию (Гот), которая уже 31 июля повела наступление на Сталинград с юга. В то же время 6-я армия была усилена 17-м и 11-м армейскими корпусами. Ставка 31 июля передала в состав Сталинградского фронта 51-ю армию. 5 августа Ставка ВГК разделила растянутый на 800 км. Сталинградский фронт на Сталинградский (В. Н. Гордов) и Юго-Восточный (А. И. Еременко). В условиях значительного превосходства в силах и господства своей авиации, 4-я ТА прорвала оборону 51-й армии, 3 августа вышли к р. Аксай и двигались к Абганерово, охватывая левый фланг 64-й армии. К 8 августа немецко — фашистские войска приблизились к Сталинграду на расстояние 30 км. Однако, перегруппировав в тяжёлых условиях войска, М. С. Шумилов нанёс контрудар и остановил продвижение 4-й ТА, которая понесла тяжёлые потери. Так, по свидетельству историка 14-й тд. Рольфа Грамса, в составе 36-го танкового полка 14-й танковой дивизии, насчитывавшем 8 августа 200 танков, к 10 августа осталось 24 машины.
С утра 7 августа началось новое наступление усилившейся 6-й армии против 62-й армии. Под натиском превосходящих сил части и соединения 62-й армии вынуждены были начать отступление на левый берег Дона. Однако к 13 августа 4 стрелковые дивизии оказались отрезаны от переправ. Окружённые войска, неся большие потери, до 17 августа мелкими группами выходили на восточный берег Дона. 62-я армия заняла оборону по внешнему обводу Сталинграда. 15 августа 6-я армия перешла в наступление против центра 4-й танковой армии и также прорвалась к Дону. 4-я танковая армия, 3 дивизии из состава которой были окружены, отступили за Дон. Успешное наступление 6-й армии резко осложнило обстановку на Сталинградском направлении. Фронт проходил в 60 — 70 км от Сталинграда. 19 августа 1942 командующий 6-й армией Ф. Паулюс издал приказ «О наступлении на Сталинград», предусматривавший форсирование Дона и нанесение удара главными силами севернее Сталинграда.