В 9.35 лётчики 629-го ИАП на шести И-16 вылетели «по зрячему» на большую группу Ju 88, шедшую в направлении Гумрака. Действовать приходилось на пределе возможностей — скорости «Ишачков» и «Юнкерсов» отличались незначительно. Первая атака (с нижней полусферы) оказалась неудачной. Однако строй «бомберов», видимо, был нарушен. Рассыпался и строй истребителей. В ходе боя с применением РСов и пушечного огня, по донесениям лётчиков полка, было сбито два Ju 88, один Ме-109 и один Ju 88 повреждён. Собственные потери полка — подбит самолёт комэска майора Мишанова: лётчик, сбивший в бою один Ju 88, был тяжело ранен и отправлен в госпиталь.
В 9.45 8 Як-1 788-го ИАП, ведомые командиром полка майором Капустиным, вылетели «по зрячему» на перехват группы Ju 88, шедшей к Воропоново. В тяжёлом бою, когда противник отражал атаки лётчиков ПВО не только пулемётным огнём, но, как полагали, и газами 17* (два лётчика, Чумаков и Бабич, получили сильное отравление) было сбито (по донесениям) 3 бомбардировщика.
23 августа, определив наконец наиболее ослабленный участок советской обороны (в районе Вертячий-Песковатка), создав плацдарм на левом берегу Дона и переправив на него значительное число танков, противник перешёл в наступление, прорвал оборону 62-й армии на участке 98-й СД и, выйдя к железнодорожному перегону Котлубань-Конная, готовился ворваться в Сталинград.
«После обеда» группы бомбардировщиков люфтваффе стали прорываться к северной окраине Сталинграда. Вероятно, их задачей было — обеспечить выход немецких войск к Волге севернее Сталинграда. Несколько таких групп были обнаружены с наблюдательных пунктов ПВО, и на перехват поднялись лётчики 651-го. 788-го и 926-го истребительных полков. Лётчики 788-го ИАП заставили группу из шести Ju 88 сбросить бомбы до цели, но сами в воздушном бою потеряли один самолёт. 926-й ЙАП заявил, что лётчиками полка с помощью РСов было сбито 8 Ju 87.
Утренний вылет на бомбардировку позиций советских войск для командира I1I./KG 51 майора фон Бибра (von Bibra) сложился неудачно. Над укреплённой полосой обороны в районе реки Чир его «Юнкерс» бортовой № 9К+АА был подбит зенитной артиллерией. Вынужденная посадка на территории, контролируемой частями Красной армии — и никаких перспектив, кроме плена. Однако, севший рядом Ju 88 бортовой № 9K+AD оберлейтенанта Поппенбурга вывез потерпевших бедствие на аэродром базирования, в Тацинскую. Командир группы был спасён, и уже в 16.27 он уходил на очередное боевое задание…
О событиях второй половины дня 23 августа вспоминает жительница Сталинграда В.Н. Клягина: «К 23 августа рытьё противотанковых рвов на нашем участке Старо-Дубовского укреплённого района было закончено. /…/ Возвращаясь с работы, мы услышали в воздухе сильный шум моторов и увидели таку ю массу фашистских самолётов, какой над нами ещё никогда не появлялось. Все остановились. Кто-то начал считать, насчитал сто машин, а они всё летели и летели в сторону города, /…/ люди слова произнести не могли, как будто окаменели. Ведь почти у всех в городе остались дети. /…/ Мы стояли так, пока до нас не донеслись бомбовые взрывы».
По информации, полученной командованием ПВО Сталинграда, начиная с 17:00 осуществлялась массированная бомбардировка города. В воспоминаниях, оставленных участниками этого налета события представляются только в общем виде. Однако можно предположить, что в нем были задействованы все боеспособные самолеты всех авиационных частей 4-го ВФ люфтваффе (500–600 машин).
Не сохранилось полной информации и с нашей стороны: массированный налет вывел из строя линии связи и, возможно, были уничтожены и многие из постов ВНОС. Поэтому невозможно точно представить, какие объекты и кварталы немцы собирались бомбить в этот день. Возможно, что — никакие конкретно, а просто — бомбить но площади, строго по курсу следования ведущей группы, сбрасывая бомбы по команде ведущего своей группы. Только этим можно объяснить значительное число попаданий в совершенно «невоенные» дома. Вызвать панику в городе, заставить людей бежать из Сталинграда к переправам, создать хаос на переправах, чтобы потоки беженцев мешали доставлять в город военные грузы и подкрепления, а затем — уничтожить сами переправы и скопления людей возле них: это, видимо. и было главной задачей бессмысленной, с военной точки зрения бомбардировки. Требовалось провести акцию устрашения, показать мощь немецкой военной машины, подавить моральный дух защитников города невиданным до того числом жертв.
В документах 102-й И АД ПВО указано, что непрерывное бомбометание по городу больших групп самолётов, идущих волнами одна за другой на разных высотах до 5000 м, длилось до 18.45. Но и с наступлением темноты налёты не прекратились — горящие окраины стали хорошими ориентирами для самолетов люфтваффе. По сообщению штаба 62А, ночью противник действовал 30–40 самолётами непрерывно 18*.