Нажим с севера на группировку немцев под Сталинградом становился все более актуальным. До 26 сентября боевые действия шли в основном за центральную и южную части города. На отдельных участках фронта немецким войскам удалось выйти к Волге. С 27 сентября по 4 октября развернулись напряженные бои за заводские поселки «Красный Октябрь» и «Баррикады». 4 октября начались бои непосредственно за эти заводы. Войска 62-й армии вели бои в исключительно тяжелых условиях. При фронте протяженностью 25 км глубина оборонительной полосы армии составляла всего от 200–300 м до 2,5 км. Маневр из глубины был невозможен из-за отсутствия постоянных переправ через Волгу, а маневр по фронту мог осуществляться только по узкой прибрежной полосе и лишь в ночное время, так как вся глубина простреливалась всеми видами огня противника. В ночь с 26 на 27 сентября остатки разбитых 42-й и 92-й стрелковых бригад отступили на левый берег Волги, в район Красной Слободы. Достаточно было войскам Сталинградского фронта ослабить нажим на XIV корпус Хубе, как встречными ударами 60-я моторизованной и 100-й легкопехотной дивизии были окружены к западу от СТЗ в районе Орловки 115-я стрелковая и 2-я мотострелковая бригады.
В конце сентября также были произведены перемещения войск в группе армий «Б» на сталинградском направлении. В целях освобождения сил 6-й немецкой армии для удара на Сталинград по указанию Гитлера на среднее течение Дона спешно выдвигалась 3-я румынская армия, которая в конце сентября заняла для обороны рубеж по южному берегу Дона от Еланской до Клетской. Подход 3-й румынской армии позволил командованию 6-й немецкой армии заменить румынами XVII армейский корпус и бросить на Сталинград две пехотные дивизии (изъятые из VIII армейского корпуса).
Благодаря этим перемещениям 14 октября началась самая большая в то время операция 6-й армии против защитников Сталинграда. В ней были задействованы 14-я танковая дивизия и снятые с участка обороны VIII корпуса 305-я и 389-я пехотные дивизии. Целью операции был СТЗ. Наступление поддерживал в полном составе VIII авиакорпус Рихтгоффена. Однако продвинуться удалось только на 2 км.
Дело в том, что советское командование тоже произвело перемещения войск. Во-первых, в ночь на 5 октября были переправлены через Волгу части 37-й гвардейской стрелковой дивизии, переброшенной из 4-й танковой армии В.Д. Крюченкина. Во-вторых, 138-я стрелковая дивизия И.И. Людникова в начале октября 1942 г. была рокирована из 64-й армии в 62-ю. 14 октября дивизия еще находилась на левом берегу Волги. Вечером 16 октября она была с помощью барж переправлена в Сталинград и вступила в бой в районе завода «Баррикады».
В отсутствие нажима с севера активизировался XIV корпус Хубе. С утра 15 октября было проведено наступление, которое привело к окружению севернее СТЗ так называемой группы Горохова (115, 124, 149-й стрелковых, 2-й мотострелковой бригады, частей 112-й стрелковой дивизии и 10-й дивизии НКВД). Численность группы Горохова составляла около 6500 человек. Ударами 389-й и 94-й пехотных дивизий с юга и 16-й танковой дивизии с севера группа была окружена и длительное время вела бои в окружении.
Осложнение обстановки вновь потребовало проведения наступления силами Донского фронта. В течение 20–25 октября была предпринята еще одна безуспешная попытка прорваться к Сталинграду с севера. На этот раз были задействованы войска 66-й армии, во главе которой А.С. Жадов сменил Р.Я. Малиновского. Неудачи наступления начальник штаба фронта генерал-майор М.С. Малинин объяснял в записанных НКВД разговорах в штабе следующим образом:
«Дать сюда хорошо обученный полк решительных бойцов, этот полк прошагал бы до Сталинграда. Дело не в артиллерии, всех огневых точек не подавишь. Артиллерия свое дело делает, прижимает противника к земле, а вот пехота в это время не подымается и в наступление не идет…» (Сталинградская эпопея: материалы НКВД СССР и военной цензуры из Центрального архива ФСБ РФ. М.: «Звонница МГ», 2000. С. 253).
Командующий фронтом К.К. Рокоссовский под впечатлением того, что причиной неуспехов являются плохие действия бойцов-пехотинцев, пытался для воздействия на пехоту использовать заградотряды. Он настаивал на том, чтобы заградотряды шли следом за пехотными частями и силой оружия заставляли бойцов подниматься в атаку. Многое из этого было сказано в сердцах, но действительно многие прибывшие дивизии находились на укомплектовании с конца июля 1942 г. до начала октября и прошли всего двухмесячную подготовку. В целом это были не худшие войска Красной Армии. Например, 252-я стрелковая дивизия имела 450 человек старого, получившего опыт боев состава, 2500 курсантов военных училищ и 2000 моряков Тихоокеанского флота. Подавляющее большинство личного состава дивизии (9505 человек из немногим более 10 000) составляли русские, украинцы, белорусы и евреи.