双方争夺马马耶夫岗的战斗也异常激烈。9月14日，为了占领这个最重要的阵地，德军第295师发动了猛烈的进攻。9月15日，该师已经摧毁了崔可夫设在马马耶夫岗的指挥部，而且将整个高地置于进攻火力之下。在其左翼，索洛古布上校的第112师以及第9摩托化步兵旅也在殊死搏斗，急需得到友军的支援。马马耶夫岗是一处独一无二的战术战地，具有非同寻常的重要意义，地理位置十分优越，从此处可以清楚地观察到第62集团军左翼和右翼的防御态势，同时能够鸟瞰后备部队的运动以及从东岸运来的补给物资的状况。占领马马耶夫岗，就能够实施精确的炮火攻击，并且指引空军提供精确的空中支援，对伏尔加河渡口发动持续、直接的炮火轰炸，进而重创第62集团军。此外，对于在市区内交战的双方军队而言，马马耶夫岗还具有重要的心理意义，任何一方都不希望对方居高临下对己方行动一览无遗。在崔可夫的回忆录中，他明确分析了马马耶夫岗的重要意义，在回忆9月15日夜间到16日的战斗时他这样说道：“整个夜晚我都在担心马马耶夫岗的命运，一旦被敌人占领，他们就能够控制整座城市和伏尔加河。”

9月16日拂晓时分，崔可夫命令两个团――近卫第13师第42团以及索洛古布上校指挥的第112师第46团――向马马耶夫岗发起冲锋，要求他们不惜任何代价坚守这个至关重要的阵地。经过10分钟的炮火准备，第42团和第46团分别向高地北部和东北部发起进攻。虽然伤亡惨重，苏军还是奋勇地朝高地挺进，但立即遭到德国空军和地面德军的反攻。在斯大林格勒争夺战中，德军持续向马马耶夫岗高地发动猛攻，但没有取得决定性的战果，经常发生肉搏战和近距离互投手榴弹的攻坚战。崔可夫发誓“不论发生任何事情，我们都要守住马马耶夫岗”。然而，就在9月17日，当德军攻上马马耶夫岗时，近卫第13师的阵地开始崩溃，此时的第62集团军危在旦夕，急需增援。

直到9月18日破晓时分，战斗仍然没有任何缓解和暂停的迹象。如同往常一样，以德国空军的大规模空袭为序幕，战斗再次打响。苏军第112师和第42团的残余部队继续在马马耶夫岗展开殊死搏斗。8时许，德国空军突然结束战斗离去，这大大出乎崔可夫的预料。原来，朱可夫已经向顿河与伏尔加河之间的第6集团军左翼发起进攻，德国空军前去增援左翼，试图击退苏军的进攻。9月12日，朱可夫向斯大林提出：“即使在当前的严峻形势下，我们仍然应当继续进攻，此外别无选择，只有这样才能粉碎敌人，才能使数量优于我们的敌人继续遭受损失。同时，我们将准备一次更有组织、更为猛烈的进攻。”事实证明，这次“更为猛烈的进攻”将使德军第6集团军在1942年11月被团团包围。但在眼下，斯大林格勒的形势要求他们必须采取紧急行动。莫斯卡连科指挥的近卫第1集团军、科兹洛夫指挥的第24集团军以及马利诺夫斯基指挥的第66集团军在32公里长的阵地上对德军第8步兵军和第14装甲军发动进攻。进攻有两个目的：一是缓解第62集团军的压力，二是与第62集团军的右翼部队会合。5时30分，经过一阵弹幕射击之后，近卫第1集团军与第24集团军向德军发起攻击，但此时的德军拥有高地的战术优势，苏军炮火攻击并没有取得任何实质性成果，反而是苏军突击部队遭到敌军火炮、反坦克炮与机枪火力的猛烈压制。由于德军以空军为先导向苏军发起协同反攻，苏军进攻部队前进非常艰难，推进极其缓慢，导致苏军装甲兵、火炮与步兵之间的协同能力大大降低。斯大林格勒方面军苦战了5天，在付出惨重伤亡的情况下，除了暂时牵制德国空军的进攻之外，没有实现任何战术目标。然而，对于崔可夫来说，德国空军停止进攻的6个小时，对于自己是一次宝贵的机会。他请求叶廖缅科提供两个满编师的增援兵力，但只得到了两个旅。崔可夫将第92海军陆战旅部署在左翼的察里察河南部，将坦克第137旅部署在马马耶夫岗的右侧。9月18日18时，叶廖缅科命令崔可夫发动反攻，反攻目标如下：第62集团军必须在马马耶夫岗组建一支不少于3个步兵师和1个装甲旅的突击集群，向斯大林格勒西北部发动进攻，全力消灭该地区的敌人。这是一次异常大胆的计划，旨在增援斯大林格勒方面军重新发起的进攻行动。