除了接受夺取阵地训练外，第62集团军还接受了在至少24小时内不依赖原部队提供供应或通讯的情况下，对阵地进行防御的训练。增援队和预备队负责建立全面防御。首先，机枪手、迫击炮手和反坦克步兵在建筑物的第一层部署，一旦预备队占领这一区域，他们立即占据建筑物中更高的位置，以便获得更好的视野和更远的射程。随后，工兵埋设地雷，把进攻的敌人引入准备好的杀伤区。同时，预备队要确保食物和弹药的顺利供应。如果突击队能够占领某一区域达24小时之久，他们通常就可被解放出来，阵地随之并入团、旅或师的阵地之内。然后，第62集团军就将把此战况通报给东岸的炮兵部队司令，一旦这一地区遭遇敌人的大规模进攻，他们就能得到炮兵部队的支援。这就是第62集团军在斯大林格勒战役中的战术。如果没有作战经验的分队能够在战斗最初的日子里幸存下来，他们就会迅速成为精通渗透与夜战的半独立性战斗单位，为了生存，他们必须这样做，因为第6集团军是一支战斗力强、具有超强适应能力的敌方部队，德国空军又控制着白天的战斗，苏军白天的活动都充满了危险。在这场城市争夺战中，尽管第62集团军伤亡惨重，但崔可夫的战术还是取得了成功，部队得到了相应的训练，了解了这场战斗的特点，而德军步兵对这种战斗方式却一无所知。

然而，正如克劳塞维茨所言，与防御相比，占领阵地更加困难。9月27日，苏军的进攻在当日8时遭到空军第8军的破坏性干预，第62集团军被德国空军压制长达2小时。步兵第95师经过浴血奋战在马上到达马马耶夫岗顶部之际，被德军击退。第284西伯利亚师几乎没有任何进展，近卫第13师的进攻也被敌人压制。10时30分，第6集团军发动大规模反攻，第62集团军左翼迅速向伏尔加河方向溃退。此时，第62集团军面对第6集团军下属的11个德军师，具体由3个装甲师（第14、24和16装甲师）、2个摩托化师（第29和60摩托化师）和6个步兵师（第71、79、94、100猎兵师、295和389步兵师）组成。第16装甲师位于崔可夫右侧远处的雷诺克郊区，而新到的第389步兵师则从西北部的戈罗季谢郊区向东南方向的捷尔任斯基拖拉机厂发动进攻。

在第62集团军的右侧，第24装甲师向“街垒”兵工厂推进，与此同时，第100猎兵师向红十月钢铁厂进军。第295师又打响了与苏军第95师争夺马马耶夫岗的战斗。第76师保卫火车站，第71师则从南部向前移动，试图北上绕到近卫第13师背后，然后南下进逼红十月钢铁厂地区。第14装甲师和第94师继续停留在斯大林格勒市南部，巩固德军在察里察河南部的阵地。

德国空军在战场上空的轰炸对苏军造成了极大的破坏，切断了第62集团军和阻击德军进攻的分队之间的通讯联系。9月27日傍晚，崔可夫意识到局势的严重性。在德军第24装甲师的进攻下，由坦克第189旅负责支援的索洛古布第112师的左翼被迫实施大规模战术撤退，他们朝“街垒”兵工厂住宅区外围后撤了公里。在第24装甲师的左侧，第389步兵师向苏军第112师右翼发起进攻，并迅速朝捷尔任斯基拖拉机厂方向推进，拖拉机厂的左侧是梅切特卡河。在第24装甲师的右侧，第100猎兵师也将坦克第23军逼退到红十月钢铁厂工人住宅区的西侧。在德军炮火和空中力量的连续打击下，在第295师的持续进攻下，苏军第95师几乎无法继续控制马马耶夫岗。崔可夫在日记中这样评论那一天：“如果再发生像今天这样的激战，我们就将被赶到伏尔加河里去！”崔可夫非常清楚，第二天的战斗不但不会减弱，反而会更加猛烈。9月27日的战斗以苏军发动反攻揭开序幕，但至当日傍晚，德军向前推进了2743米，几乎将第112和第95师彻底消灭。为了应对德军向斯大林格勒北部进攻的形势，苏联最高统帅部放弃了由北部的戈尔多夫指挥的斯大林格勒方面军和叶廖缅科指挥的东南方面军共同负责斯大林格勒防御的责任划分原则。9月28日，叶廖缅科司令部被重新命名为斯大林格勒方面军，主要负责市内的战斗。戈尔多夫指挥的原斯大林格勒方面军则被罗科索夫斯基的顿河方面军所取代，负责城市北部地区的防御，他们将继续执行向第6集团军左翼发动牵制性进攻的任务。9月27日傍晚，在向上级发送的报告中，崔可夫陈述了当时形势的严重性。他指出，德军在一天的战斗中取得了巨大的胜利，而苏军则急需后备部队，最为重要的是想办法缓解德国空军的进攻。他向尼基塔·赫鲁晓夫（苏联共产党未来的总书记，1956年曾公开指责斯大林的错误，1942年9月任斯大林格勒方面军政委）求救：“我并不责怪我们的空军，他们也在英勇地战斗。但敌人掌握着制空权，德国空军是德军进攻中的一张王牌。因此，我请求增加对我们的支援―――从空中对我们提供掩护，哪怕一天只有几个小时！”在随后的日子里，顿河方面军经仓促准备后，向德军第6集团军发动了猛烈进攻，但第62集团军的压力并没有得到太大的缓解。