С этого дня — 13 сентября 1942 года — все предыдущие представления Чуйкова о ведении боевых действий и построении обороны и даже накопленный им опыт сражений с немецкими войсками не имели почти никакого значения. Для него и для его подчиненных началась новая война. Она называлась — сражение в условиях города. В этой войне не существовали, в том понимании и в тех параметрах, как это принято военной наукой, такие определения, как линия фронта, передний край, глубина обороны, оперативное построение, тыл. Ни бойцы, ни командиры, ни сам Чуйков и ни вышестоящие генералы — от командования фронта до Ставки, не имели опыта столь масштабных боев в огромном городе. Единственным положительным моментом в этой ситуации являлось отсутствие аналогичного опыта и у противника. Более того, немцы не собирались вести длительное сражение в городе и были к нему совершенно не готовы. Вот как понимал перемену в ходе битвы сам В. И. Чуйков: «13 сентября 1942 года было началом периода самого кровопролитного, самого упорного сражения, которое вошло в историю как «оборона Сталинграда», длившаяся до 19 ноября, то есть до перехода советских войск в контрнаступление. Это сражение для войск, оборонявших Сталинград, особенно для войск 62-й армии, было непрерывной смертельной схваткой, без оперативных пауз и без ночных затиший как с той, так и с другой стороны. Оборона 62-й армии не была ни на минуту пассивной, это была атакующая оборона, которая не давала передышки наступающему противнику».
Ограничиваться одними лишь оргмероприятиями, даже крайне необходимыми, было недостаточно. Первым важным командирским решением Чуйкова явилась организация контратаки в ночь на 14 сентября. Это была отчаянная попытка с небольшими надеждами на успех, предпринятая малыми силами, но сыгравшая важную роль. Планы немцев на какое-то время были сорваны, появилась возможность укрепить оборону центра города и переправы, на которой через сутки должна была высадиться 13-я гвардейская стрелковая дивизия Героя Советского Союза генерал-майора А. И. Родимцева, спешившая на помощь защитникам города. Но наутро противник нанес сильнейший удар. Враг рвался к Мамаеву кургану и к Волге через центр Сталинграда, не считаясь с потерями, напролом. Чуйков вспоминал, что немцы, видимо уверовав в скорую победу, были буквально охвачены каким-то психозом. Наши бойцы видели, как пьяные солдаты выпрыгивали из машин, играли на губных гармошках, кричали и плясали на тротуарах, попадая под шквальный огонь защитников города.
Общая длина Сталинграда вдоль берега Волги составляла около 40 километров, а ширина всего пять и только на севере в заводском районе доходила до десяти. Именно столько оставалось пройти захватчикам для взятия города. Представитель Ставки Г. К. Жуков, координировавший действия армий в районе Сталинграда и предпринимавший все возможное для того, чтобы отстоять город, но обязанный логикой стратега предусмотреть любое развитие событий, не исключал, что наступают, возможно, последние часы обороны Сталинграда. Но произошло то, чего не ожидал никто ни в Германии, ни в союзных ей странах, но что как самую важную новость затаив дыхание ждали советские люди: эти километры гитлеровцы пройти так и не смогли, несмотря на многократное превосходство в силах над защитниками города.
Именно в эти дни Чуйков и его окружение со всей очевидностью убедились — истребление солдат и офицеров противника среди развалин города происходит гораздо успешнее, чем на открытом пространстве. Это было важное новшество, родившееся на руинах Сталинграда — втянуть немцев в городские бои и перемалывать их живую силу в условиях, когда они, наступая, несут неизмеримо большие потери, зачастую не понимая, откуда по ним ведут огонь. Вынудив противника сражаться в тесноте узких улиц, в ближнем бою, защитники города постепенно лишили его главных преимуществ — в авиации, танках и количестве пехоты. Теперь сражение продолжалось на равных и по нашим правилам. Но все это проявится в полной мере позже, а в те дни Чуйков, сознавая колоссальную опасность, нависшую над центральной переправой, куда должны прибывать подкрепления, бросил в бой последние резервы, включая охрану и сотрудников штаба армии, заменивших погибших командиров в различных частях. Судьбу Сталинграда и его защитников решали уже не дни, а часы.
В ночь на 15 сентября 13-я гвардейская дивизия генерала Родимцева переправилась двумя полками в Сталинград и с ходу вступила в бой. Ее удар был совершенно неожиданным для противника. Бойцы дивизии, ядро которой составляли десантники, дрались умело и бесстрашно. Удалось отбросить противника от берега Волги, в районе вокзала и в центре города завязались жестокие схватки, переходившие в рукопашные. На следующую ночь в Сталинград переправился 39-й гвардейский стрелковый полк этой дивизии, который 16 сентября при участии подразделений 112-й стрелковой дивизии штурмом взял Мамаев курган.