Прибывшие полки заняли участок в центре города от оврага Крутого до вокзала; на вокзал был направлен 1-й батальон 42-го полка. Мамаев курган оборонял батальон дивизии Сараева и подразделения 112-й стрелковой дивизии полковника И.Е. Ермолкина. Левее (юго-западнее) вокзала оборонялись остатки танковой бригады, сводного полка и 42-й стрелковой бригады полковника М.С. Батракова. На остальных участках все оставалось без перемен.
С утра 15 сентября противник начал атаку в двух направлениях: в центре армии — на вокзал и на Мамаев курган наступали части 295, 76 и 71-й пехотных дивизий с танками; на левом фланге — на пригород Минина, Купоросное наступали части 24-й и 14-й танковой и 94-й пехотной дивизий. На правом фланге было относительно спокойно. Атаке предшествовал мощный удар с воздуха. Затем авиация противника повисла над нашими боевыми порядками.
Бой сразу принял для нас тяжелый характер. Не успели прибывшие ночью свежие части Родимцева осмотреться и закрепиться, как сразу были атакованы превосходящими силами врага.
Особенно ожесточенные бои развернулись у вокзала и в пригороде Минина. Четыре раза в течение дня вокзал переходил из рук в руки и к ночи остался у нас. Дома специалистов, которые атаковал 34-й полк дивизии Родимцева с танками тяжелой бригады, остались в руках немцев. Стрелковая бригада полковника М.С. Батракова с подразделениями дивизии А.А. Сараева, понеся большие потери, была оттеснена на рубеж Лесопосадочная. 35-я гвардейская стрелковая дивизия полковника В.П. Дубянского и отдельные подразделения других частей, тоже понеся большие потери, отошли на западную окраину города, южнее реки Царица.
К вечеру 15 сентября трудно было сказать, в чьих руках находится Мамаев курган: сведения поступали противоречивые. Автоматчики противника просочились по реке Царица к железнодорожному мосту и обстреливали наш командный пункт. Охрана командного пункта армии снова вступила в бой. Кроме того, укрываясь от непрерывных бомбежек и обстрелов, в коридоры блиндажа, несмотря на охрану и контроль при входах, к ночи набилось множество людей. Люди из армейских частей связи, батальоны охраны, АХЧ, офицеры связи от частей, шоферы и многие другие проходили через входы по «срочным и неотложным делам» и задерживались там. А так как блиндаж не имел вентиляции, духота, смрад, спертый воздух, особенно по ночам, доводили нас, работников командного пункта, до потери сознания. Мы по очереди выходили на воздух, чтобы отдышаться. Южнее реки Царица пылали кварталы города. Было светло как днем. Пули немецких автоматчиков свистели над головами и у ног. Но ничто не могло удержать нас в душном блиндаже.
В эту ночь всех нас тревожила судьба Мамаева кургана. Если противник овладеет им, он будет господствовать над всем городом и над Волгой.
Я приказал во что бы то ни стало переправить ночью оставшиеся на той стороне Волги подразделения 39-го полка полковника И.П. Елина и вывести его к Мамаеву кургану, чтобы он мог с рассветом занять там оборону и удерживать вершину кургана любой ценой.
Управлять всей армией из блиндажа в балке становилось трудно, поэтому я приказал генералу Н.М. Пожарскому с частью работников оперативного отдела и штаба артиллерии организовать вспомогательный пункт управления (ВПУ) на берегу Волги, возле пристани, напротив южного берега острова Зайцевский. Этот ВПУ во главе с Пожарским был промежуточной инстанцией между штабом армии и частями правого фланга.
В боях 15 сентября противник потерял только убитыми свыше 2 тысяч человек. Раненых всегда бывает в три-четыре раза больше. В общей сложности за 14–15 сентября немцы потеряли 8–10 тысяч человек и 54 сожженных танка. Наши части тоже понесли большие потери в живой силе и технике и отошли. Когда я говорю: «Части понесли большие потери и отошли», это не значит, что люди отходили организованно, с одного рубежа обороны на другой. Это значит, что наши бойцы (даже не подразделения) выползали из-под немецких танков, чаще всего раненые, на следующий рубеж, где их принимали, объединяли в подразделения, снабжали главным образом боеприпасами и снова бросали в бой.
Вскоре гитлеровцы поняли, что город нахрапом не возьмешь, что кусается он очень больно. В дальнейшем они стали действовать осмотрительнее: атаки подготавливали тщательно и в бой шли уже без гармошек, без песен и плясок…
Бои 13, 14 и 15 сентября в самом городе показали, что истребление захватчиков в развалинах города идет значительно успешнее, нежели в степях между Волгой и Доном.
Несмотря на большое превосходство в силах, враг несет неизмеримо большие потери при наступлении по узким улицам и развалинам домов, часто не видя, откуда по нему ведут огонь и где его поджидает смерть.