Непосредственные бои между истребителями также, как правило, заканчивались в пользу противника. Мелкие группы Як-1, Як-7, ЛаГГ-3 и «Киттихауков» зачастую поголовно уничтожались «Мессершмиттами». Попытки командования авиадивизий использовать большие группы истребителей также не приносили ожидаемого эффекта. При почти полном отсутствии радиосвязи советские летчики при появлении немцев быстро теряли ориентацию, нарушали строй, и бой распадался на изолированные схватки. Если же в редких случаях ситуация начинала складываться для пилотов люфтваффе неблагоприятно, они тут же выходили из боя либо с резким набором высоты и уходом в сторону, либо переходом в пикирование и выводом машины над самой землей.
Помимо собственно Сталинграда немецкая авиация активно действовала и над всем восточным берегом Волги. Ближние разведчики FW-189 буквально целыми днями кружили над местностью, фотографируя позиции зенитной и дальнобойной артиллерии, следили за колоннами советских войск, двигавшимися к переправам, а также выявляли командные пункты. После обработки полученной информации бомбардировщики и штурмовики, а также истребители немедленно вылетали в этот район и наносили удары по различным целям. Самолеты гонялись даже за отдельными бойцами и «полуторками», нигде не давая им покоя. Атакам также подвергались сельскохозяйственные угодья, трактора и сами колхозники, работавшие на полях.
С 5 по 12 сентября 4-й воздушный флот выполнил 7507 самолето-вылетов (в среднем 938 в день). В то время как в первые дни операции «Блау» проводилось в среднем 1343 вылета ежедневно. За 11 недель беспрерывного наступления число самолетов сократилось на 40 % до 950 машин, из которых вследствие нехватки запчастей лишь 550 находилось в боеготовом состоянии. Впрочем, активность ВВС Красной армии все равно была еще ниже. За тот же период в зоне 4-го воздушного флота было зафиксировано 2834 самолето-пролета, то есть в среднем 354 в день.
13 сентября немецкая авиация группами по 15–20 Ju-87, Hs-123, Ju-88 и Не-111 наносила удары по северной и южной частям Сталинграда и переправам через Волгу. Так, в 07.00 (по берлинскому времени) по южным окраинам Сталинграда отбомбилось 11 пикирующих бомбардировщиков, через час – 14 и в 10.00 еще одна группа из 14 самолетов. Гауптман Бётхер на сей раз появился над городом около 13.00 и снова сбросил на цели в городе пару фугасных бомб.
В ночь на 13 сентября и на следующий день 8-я ВА осуществила 370 вылетов. Летчики доложили о 100 поврежденных и 10–15 уничтоженных танках, 35 сбитых самолетах. Последняя цифра стала своеобразным рекордом с начала битвы, так много побед «сталинские соколы» еще не заявляли. Героем дня стал сержант Н. П. Токарев из 15-го ИАП, который на своем ЛаГГ-3 сбил Ю-88, а затем протаранил еще один и погиб.
Значительная часть вылетов (65) и потерь снова пришлась на 288-ю ИАД. Летчики 4-го ИАП занимались сопровождением Ил-2 (в группе 274-го полка), разведкой и перехватом «рам». Младший лейтенант Анашкин заявил, что ему удалось подбить ФВ-189, после чего тот «задымил и пошел в свое расположение». Но этот факт не находит подтверждений. А вот для 274-го ИАП боевой день закончился катастрофически. Во время сопровождения штурмовиков в район Елыпанки и Песчанки летчики провели три воздушных боя, во время одного из них довольно редкая пара в составе двух майоров Мякушена и Федина сбила Me-109. Собственные потери составили 6 Як-7Б из 13 имевшихся. Во время полета к цели при перестроении в воздухе истребитель старшего сержанта Липовицкого налетел на самолет лейтенанта Герасимова. В результате последний разрубил винтом напополам фюзеляж первого! Липовицкий сумел покинуть кабину развалившегося на две части Яка и приземлился на парашюте, а Герасимов совершил вынужденную посадку на аэродроме Верхне-Погромное. Капитан Куценко был сбит и выбросился на парашюте, младший лейтенант Збинский был подбит и совершил аварийную посадку на брюхо с районе Средне-Погромного, а капитан Лапотников, старшие сержанты Батюк и Бабич пропали без вести.
Собственные потери составили 15 самолетов. Помимо перечисленных истребителей пропали без вести сержант А. И. Журавлев из 296-го ПАП и сержант А. Ш. Бамматов из 867-го ПАП.
В воздушном бою был сбит старший сержант П. А. Гикало из 437-го ПАП.
102-я ИАД ПВО снова была очень активна. Ее летчики осуществили 74 вылета, что примерно равнялось боевой работе всех истребителей 8-й ВА, провели 12 воздушных боев и заявили о 17 сбитых самолетах. При этом снова отличился 629-й ПАП, на тот момент ставший самым результативным и успешным истребительным полком, действовавшим под Сталинградом. Если верить рапортам летчиков, всего в трех воздушных боях они без потерь со своей стороны сбили 13 самолетов, в том числе 9 Ю-87, 3 Me-109 и 1 Ю-88. Причем практически все воздушные бои произошли в районе Центрального аэродрома. Кстати, в этот день над Сталинградом впервые были замечены самолеты, опознанные как «Макки-200».
13 сентября 51-й армейский корпус перешел в решающее наступление, целью которого был прорыв к Волге. «Все для Германии! Поэтому мы должны взять Сталинград!» – говорилось в пафосном воззвании к солдатам, распространенном перед атакой. Отметим, что операция проводилась в основном «истощенными» и «слабыми» пехотными батальонами, боевая численность которых была далека от штатной. Например, в 71-й пехотной дивизии некомплект личного состава перед наступлением составлял 170 офицеров и 4657 рядовых и унтер-офицеров, а в соседней 295-й пехотной дивизии – 194 офицера и 5508 рядовых и унтер-офицеров. Чуть лучше было положение 389-й пехотной дивизии, в ней некомплект составлял «всего» 155 офицеров и 3275 рядовых и унтер-офицеров, а большинство батальонов считалось «средними». В 6-й армии на тот момент насчитывалось 140 танков и 26 штурмовых орудий. Причем последние действовали в условиях хронической нехватки боеприпасов. Одним словом, ее никак нельзя было назвать «самым мощным и отборным соединением фашистской армии», как утверждалось в советских газетах и листовках!
Вечером, прорвав растянутую оборону 399-й стрелковой дивизии и 272-го стрелкового полка, немцы достигли железнодорожной линии, проходящей через весь Сталинград с юга на север, а передовые разведгруппы 71-й пехотной дивизии прорвались в центральную часть города. Перебежками продвинувшись по улицам, прямо мимо напуганных жителей и разбегающихся бойцов тыловых подразделений, немцы заняли несколько высотных зданий.
Утром 14 сентября Паулюс вылетел на «Шторьхе» в штаб 51-го армейского корпуса, находившийся в Гумраке, а затем выехал на передовой КП на высоте в окрестностях Городища, чтобы лично контролировать штурм города. Оттуда командующий 6-й армии впервые увидел Сталинград, лежащую за ним Волгу и частично бескрайнюю степь, уходящую далеко на восток. Повсюду на огромном пространстве были видны столбы взрывов и пламя пожарищ, а также немецкие самолеты, бомбившие центральную и южную части города. Паулюс был глубоко впечатлен увиденным, ведь Волга являлась конечной линией наступления по плану «Барбаросса», к разработке которого он имел непосредственное отношение. И теперь именно он руководил наступлением на этот город, являвшийся последним русским форпостом на пути в Азию.
В 14.00 (по московскому времени) на КП пришло сообщение о том, что передовые подразделения 71-й пехотной дивизии захватили здание железнодорожного вокзала, а через три часа они вышли к набережной Волги в районе пристаней. Севернее подразделения 295-й пехотной дивизии тоже достигли берега и высоты 102,0 (Мамаев курган). Вернувшийся на свой командный пункт в Голубинской довольный Паулюс в 21.00 отдал приказ 51-му армейскому корпусу провести зачистку центральной части города, а затем готовиться к наступлению на северо-восток – к заводу «Красный Октябрь» – на соединение с 14-м танковым корпусом. Хотя штаб Юго-Восточного фронта уверял, что немцы «лезут к Волге через горы трупов своих солдат», в действительности 51-й армейский корпус за этот день потерял 48 человек погибшими и 195 ранеными.
Когда немцы прорвались на набережную Волги в центре Сталинграда, единственным подразделением, которое можно было бросить в бой, оказалась 13-я гвардейская стрелковая дивизия. Когда 13-го числа это свежее подразделение, отнюдь не являвшееся «элитным» (большая часть бойцов являлась новобранцами из Средней Азии, а вооружение дивизия получила, только прибыв на фронт), поступило в распоряжение Юго-Восточного фронта, Еременко планировал направить его в северную часть города – оборонять участок между Мамаевым курганом и заводом «Красный Октябрь». Однако обстановка внесла свои коррективы, и перед переправой на западный берег в ночь на 14 сентября гвардейцы получили задачу: занять плацдарм в районе набережной, контратаковать противника в секторе между центральной переправой и вокзалом, выбив гитлеровцев из крупных зданий.
В южном секторе 48-й танковый корпус только 14 сентября начал наступление вглубь Ворошиловского района. В первый же день немцам удалось прорвать фронт, а штабу 29-й моторизованной дивизии даже пришлось в последний момент отменить запланированный на 05.30 массированный авиаудар «Штуками» по северной части Купоросного, чтобы те не попали по своим частям. Вскоре пехотинцы снова заняли этот населенный пункт, вторично закрепившись на берегу Волги.
А на следующий день 24-я танковая дивизия захватила вокзал Сталинград II и затем прорвалась до берега Царицы. При этом огромное здание элеватора, находившееся возле железной дороги, не было никем занято, и его безо всякого боя захватил отряд немецкой пехоты. Однако быстро оккупировать и зачистить довольно протяженный район, разделенный на две части железнодорожной насыпью и пересеченный многочисленными оврагами и узкими улочками частного сектора, не удалось.
В ночь на 14 сентября и в течение следующего дня 8-я ВА выполнила 409 вылетов, правда, более трети из них пришлось на бипланы У-2. Летчики доложили о 32 сбитых самолетах. Собственные потери составили 11 машин, из которых 9 «не вернулось с задания».