Еременко связался по телефону с полковником А. А. Сараевым[12] — командиром 10-й стрелковой дивизии внутренних войск НКВД, которая занимала оборону по городскому обводу укреплений, растянувшемуся на 50 километров. Этой дивизии еще в середине июля 1942 года, в связи с ухудшением положения советских войск и выходом противника к территории Сталинградской области, было приказано организовать службу охраны объектов на подступах к Сталинграду и обеспечить порядок в городе. Еременко понимал, что не имевшая ни артиллерии, ни противотанковых средств дивизия не слишком подходит для ведения обороны, но выхода не было: он приказал Сараеву перебросить свой 282-й стрелковый полк внутренних войск НКВД к северным окраинам тракторного завода. Кроме частей 10-й дивизии войск НКВД, в том же направлении на рубеж реки Сухая Мечетка срочно были выдвинуты батальон морской пехоты Волжской военной флотилии и два батальона курсантов Сталинградского военно-политического училища.
В эти дни на помощь Красной армии пришли истребительные батальоны и части народного ополчения, сформированные из рабочих заводов — Тракторного, «Баррикады», «Красный Октябрь». Этим добровольным формированиям тракторный завод передал 60 танков, 45 тягачей и более 150 пулеметов. Ополченцы и чекисты проявили в этих боях исключительный героизм, стойко удерживая занятые ими рубежи. В истории битвы за Сталинград, наряду с подвигами воинов Красной армии и НКВД, навсегда останутся имена рабочих-ополченцев, насмерть стоявших и погибших у стен родного города. 28 августа, с подходом регулярных частей, вооруженные отряды рабочих были выведены из боя. В этот день была создана северная группа войск под командованием полковника С. Ф. Горохова[13]. Она объединила 124, 115, 149-ю отдельные стрелковые бригады и 282-й стрелковый полк внутренних войск НКВД. Группа Горохова выбила части вермахта из населенных пунктов Спартановка и Рынок и отбросила их от реки Мокрая Мечетка.
Дочь А. И. Еременко Татьяна вспоминала: «В Сталинграде отец взял на себя смелость и впервые ввел в состав действующих войск дивизию НКВД, тем самым покусился на епархию Берии. К слову, в Волгограде есть единственный памятник «Чекистам», поставленный в честь 10-й стрелковой дивизии внутренних войск НКВД. Использование этой дивизии — это был шаг, вызванный военной необходимостью. Чтобы решиться на него, нужно было иметь большую смелость, так как вовлечение целого соединения чекистов нарушало те правила политической игры, которые существовали в высших эшелонах власти и обостряли отношения Еременко с Берией. Вызов политическому режиму! Но Еременко смело берет на себя всю ответственность».
Огромное значение Еременко придавал организации артиллерийского огня. В сентябре, в период боев на городском обводе, он создал объединенную артиллерийскую группу, что позволило оперативно сосредотачивать огонь высокой плотности на угрожающих направлениях. Так, он докладывал в Ставку ВГК о ходе боевых действий: «Я решил:
1. Срочно перебросить три дивизии со Сталинградского фронта, которые сейчас находятся на марше.
2. До подхода этих дивизий в течение ночи с 28.09 на 29.09 артиллерийскими средствами и авиацией нанести удар по группе противника, действующей на фронте Баррикады, р. Царица. Будет участвовать девять гвардейских минометных дивизионов, которые выпустят по три залпа и тридцать пять артбатарей, которые совершат по три-четыре огневых налета по скоплениям противника. На эту меру пришлось идти, несмотря на ограниченность боеприпасов».
Собранная в мощный кулак, в дни особенно напряженных боев только одна фронтовая артиллерийская группа выпускала по противнику до десяти тысяч снарядов. Эти своевременно проведенные мероприятия сыграли решающую роль в оборонительный период Сталинградской битвы.
Отходом наших войск на городской обвод завершился этап Сталинградского сражения, о котором писатель Константин Симонов — бывший в то время военным корреспондентом газеты «Красная звезда» — написал так: «Сегодня мы держимся, мы еще не побеждаем, слава дивизий и армий, слава всего русского оружия еще не родилась на этих полях. Но слава солдата, солдатская слава, каждый день и каждую ночь рождается то здесь, то там, и мужество человека всегда остается мужеством и слава славой, как бы тяжело ни приходилось армии и народу».
В ходе оборонительных боев под Сталинградом, которые с каждым днем приобретали все более ожесточенный характер, Еременко пришлось мобилизовать все свое умение и искусство управления войсками, чтобы парировать удары противника. Немецкие войска, прорвавшись к Волге на северной окраине города, добились успеха и на юге. 13 сентября части вермахта вышли на берег Волги в районе балки Купоросной на стыке 62-й и 64-й армий. 62-я армия генерал-лейтенанта В. И. Чуйкова была блокирована со всех сторон и прижата к Волге. 14 сентября немцы прорвались в центр города, завязались бои за железнодорожный вокзал «Сталинград-1», а в районе Центральной набережной захватчики вышли к Волге.