17 августа противник возобновил атаки на всем фронте. В период до 23 августа советские войска вели ожесточенные бои на переправах через Дон, препятствуя противнику переправиться на левый берег. Юго-западнее Сталинграда немцы 17 августа также перешли в наступление, нанося удар из района Плодовитое, озеро Цаца в северном направлении.
20 августа противник форсировал Дон и, захватив переправы, а также плацдарм на левом берегу в районе селений Вертячий, Песковатка, к 23 августа переправил на левый берег реки до четырех дивизий, в том числе одну танковую и две моторизованные.
Все попытки 4-й танковой и 62-й армий уничтожить или отбросить переправившиеся немецкие части успеха не имели.
23 августа германская группировка, переправившаяся на левый берег Дона, при мощной поддержке авиации прорвала фронт наших войск на стыке 4-й танковой и 62-й армий. Развивая наступление в общем направлении на Вертячий, разъезд 564-й км, Рынок, передовые части 16-й танковой и 3-й моторизованной дивизий вермахта к 16 часам вышли к Волге на участке Ерзовка, Рынок. В результате этого прорыва Сталинградский фронт был разрезан на две части узким восьмикилометровым коридором. Затем в образовавшийся прорыв противник ввел 60-ю моторизованную дивизию и несколько пехотных дивизий.
К юго-западу от Сталинграда германским частям также удалось прорваться через фронт наших войск и выйти в район Тундутово, где завязались ожесточенные бои. Дальнейшее продвижение к северу прорвавшейся группировки было приостановлено.
Овладев 23 августа Рынком и выйдя к Волге, немецкие войска развернули наступление на Сталинград с севера, пытаясь овладеть городом внезапным ударом силами группировки в составе около 100 танков с мотопехотой.
Одновременно противник бросил в этот день на город почти всю авиацию 4-го воздушного флота: за сутки было произведено 2000 самолетовылетов. В результате бомбардировок особо сильные пожары возникали на берегу Волги в районе нефтяных хранилищ общества «Нефтесиндикат». Многие кварталы города были превращены в развалины. Наша авиация и зенитная артиллерия героически боролись с авиацией врага. Только в течение 23 августа в воздушных боях и огнем зенитной артиллерии над городом было сбито 90 немецких бомбардировщиков.
Над Сталинградом нависла серьезная угроза. Она усугублялась тем, что основные силы 62-й армии к этому времени продолжали еще вести напряженные бои на восточном берегу Дона. Таким образом, к отражению наступления немцев с севера могли быть привлечены лишь незначительные части Сталинградского гарнизона: 10-я дивизия НКВД, истребительные батальоны, сформированные из рабочих сталинградских заводов, и отряды народного ополчения, организованные под руководством Городского комитета обороны.
Первыми вступили в бой с врагом истребительные батальоны, занявшие оборону по реке Сухая Мечетка в 800–1000 м севернее Сталинградского тракторного завода. Эти отряды были усилены несколькими десятками танков, срочно выпущенными из ремонта тракторозаводцами и обслуживаемыми экипажами из состава рабочих завода, а также противотанковыми пушками, выпущенными заводом «Баррикады».
На северном берегу реки Сухая Мечетка немцы были остановлены.
В ночь на 24 августа на оборонительный рубеж севернее города вышел один полк 10-й дивизии НКВД, другие части из состава фронтового резерва.
Несмотря на ряд ожесточенных атак, предпринимаемых противником в течение 23–25 августа, прорвать нашу оборону ему не удалось, и фронт на реке Сухая Мечетка стабилизировался.
Период с 23 августа по 2 сентября характеризуется рядом ожесточенных контратак войск Сталинградского фронта, предпринятых с задачей окружить и уничтожить прорвавшуюся неприятельскую группировку, а также парировать попытки немцев захватить Сталинград с ходу ударами с севера и северо-запада.
21 августа с целью создания ударной группы северо-западнее Сталинграда в районе Самофаловка, Широков, Лозное началось сосредоточение прибывавших из резерва Ставки соединений (5 стрелковых дивизий и 2 танковых корпуса). Для удара с севера по прорвавшейся немецкой группировке из подошедших соединений была образована группа в составе 35-й гв. стрелковой дивизии и 169-й танковой бригады, сосредоточившихся в районе совхоза Котлубань, Самофаловка. Эта группа, которую возглавил заместитель командующего фронтом генерал Коваленко, во второй половине дня 23 августа контратаковала противника со стороны Самофаловки; она имела задачу восстановить положение на правом фланге 6-й армии. Перейдя в наступление, группа с боями прорвалась к 62-й армии и вышла в район селения Большая Россошка. Однако из-за недостатка сил закрыть коридор полностью не удалось.