В целях создания глубины обороны было приказано: 112-й стрелковой дивизии с ротой 50-мм минометов при поддержке 1186-го истребительного противотанкового артиллерийского полка занять и оборонять подготовленный рубеж, проходящий по западным окраинам поселков Баррикады и Красный Октябрь (21 сентября в состав армии из резерва Ставки была передана 284-я стрелковая дивизия. Она сосредоточилась в районе Мамаева Кургана, сменив там части 112-й стрелковой дивизии).
К исходу 26 сентября немецкое командование сосредоточило 24-ю танковую и части 100-й егерской-немецкой пехотной дивизии южнее Городища и 295-ю пехотную дивизию южнее Мамаева Кургана. С утра 27 сентября можно было ожидать перехода противника в наступление. Сосредоточивая на этих направлениях столь значительные силы, немецкое командование рассчитывало глубоким ударом захватить заводы «Красный Октябрь», «Баррикады» и выйти на берег Волги.
Чтобы сорвать подготовленное наступление противника, командующий 62-й армией решил с утра 27 сентября нанести контрудар частью сил, оборонявших район поселка Красный Октябрь и Мамаев Курган. С этой целью на 23-й танковый корпус была возложена задача наступать на кладбище, что у высоты с отметкой 112,5; 95-я стрелковая дивизия нацеливалась на Городской сад (0,5 км северо-западнее вокзала «Сталинград 1-й»); 284-я стрелковая дивизия своим правым флангом переходила в наступление в общем направлении на вокзал «Сталинград 1-й». Начало наступления назначалось на 6 часов утра после часовой артиллерийской подготовки. Командующий армией требовал действий преимущественно мелкими пехотными группами, снабженными ручными гранатами и бутылками с горючей жидкостью, усиленными противотанковыми ружьями и ручными пулеметами. Батальонную и полковую артиллерию рекомендовалось использовать поорудийно для поддержки блокировочных групп, широко применяя стрельбу прямой наводкой по окнам, амбразурам и чердакам.
В 6 часов 27 сентября части армии перешли в наступление. И хотя на некоторых участках сразу же обозначился успех войск Красной Армии, однако развить его не удалось. Под давлением численно превосходящих сил противника, контратаковавших советские части, и главным образом вследствие воздействия бомбардировщиков люфтваффе, наступление к 8 часам было приостановлено. Части противоборствующих сторон вернулись в исходное положение.
В 10 часов 50 минут, после авиационного налета и последовавшей за ним артиллерийской подготовки, немецкие войска перешли в наступление. До трех неприятельских дивизий (24-я танковая, 295-я пехотная дивизии и части 100-й егерской дивизии), поддержанных 150 танками, атаковали наши части, оборонявшие поселки Баррикады, Красный Октябрь и Мамаев Курган.
Завязались ожесточеннейшие бои. После полудня немецкие войска прорвали советский фронт, и его танковые группы, хотя и ослабленные, проникли в глубину нашей обороны. Так, около 14 часов группа танков из 60–80 машин ворвалась в поселок Красный Октябрь. 95-я стрелковая дивизия после ожесточенного боя была вынуждена оставить Мамаев Курган. Атаки же противника на остальных участках фронта были отбиты.
28 сентября 524-й и 416-й полки 112-й стрелковой дивизии занимали поселок Баррикады, части 23-го танкового корпуса — западные окраины рабочего поселка завода «Красный Октябрь», 95-я и 284-я стрелковые дивизии северные и восточные скаты Мамаева Кургана. Части 13-й гвардейской стрелковой дивизии и приданные ей КВ 133-й танковой бригады по-прежнему продолжали вести уличную борьбу в восточной части центра города.
Попытки противника одним ударом овладеть районом завода «Красный Октябрь» и выйти на этом участке к Волге потерпели неудачу. Наступавшие вражеские части были задержаны на западных окраинах поселков Баррикады и Красный Октябрь.
Неоднократные атаки противника 28 сентября 1942 года успешно отражались частями Красной Армии на всем фронте. На этих участках противник нисколько не продвинулся.
В ходе боев 27–28 сентября командующий 62-й армией внес изменения в организацию обороны. Оборона рабочего поселка завода «Красный Октябрь» была возложена на 193-ю и 95-ю стрелковые дивизии (193-я стрелковая дивизия, переданная в состав 62-й армии из резерва Ставки 23 сентября, была сосредоточена на заводе «Красный Октябрь», в районе которого она занимала оборону 895-м и 883-м полками; ее 685-й полк действовал в составе 13-й гвардейской стрелковой дивизии; 95-я стрелковая дивизия имела в своем составе 241, 161-й и 90-й полки неполного состава). Правее 193-й стрелковой дивизии поселок Баррикады оборонялся частями 112-й стрелковой дивизии, а левее 95-й стрелковой дивизии восточные скаты Мамаева Кургана удерживала 284-я стрелковая дивизия. Части 23-го танкового корпуса выводились в резерв в район завода «Красный Октябрь». На всем фронте армии обороне был придан жесткий позиционный характер.