Наиболее боеспособные части в центре обороны 62-й армии – 42-я стрелковая бригада и 244-я стрелковая дивизия в результате немецкого прорыва оказались полуокруженными с севера. Следующий удар последовал с южных окраин города, в наступление пошли три дивизии 4-й армии Гота.
Согласно плану наступления, 15 сентября ударная группа «Эдельсхейм» (Edelsheim) 24-й танковой дивизии должна была прорвать линию обороны советских войск и вдоль железной дороги выйти к Максимовскому разъезду, а затем продвигаться на север к вокзалу Сталинград II. Вторая группа «Хеллерманн» (Hellermann) обеспечивала северный фланг атакующей группы и должна была наступать на позиции 244-й сд и 20-й мсбр на высоте, называемой немцами Kaserne. Основной задачей группы «Эдельсхейм» являлся захват вокзала Сталинград II, затем продвижение на север и выход к железнодорожному мосту через Царицу. Результатом соединения ударной группы 24-й танковой дивизии с частями 71-й пехотной дивизии у железнодорожного моста должно было стать окружение советских войск на Дар-горе и севернее Царицы – у Опытной станции и балки Дубовой, где держала оборону 42-я стрелковая бригада.
29-я моторизированная и 94-я пехотная дивизии должны были зачистить районы южнее железной дороги, пригороды Минина и Купоросное.
В первой половине дня 15 сентября танки и пехота 24-й тд, прорвав оборону 10-й сбр, достигли Максимовского разъезда. Советские бойцы, засев в окопах и траншеях по обеим сторонам железнодорожной ветки ожесточенно сопротивлялись. Их позиции обстреливались из танковых орудий, в рядах немецкой пехоты действовали огнеметчики саперного батальона и самоходные орудия Мардер. Сосед справа, 94-я пехотная дивизия поддерживала наступление огнем артиллерийских и минометных батарей, мотопехота и танки 14-й тд прочесывали частный сектор южнее железной дороги.
Оборону сводной группы под командованием полковника В. П. Дубянского в пригороде Минина, в которую входили остатки 35-й гв сд, 10-й сбр, 131-й сд и 270-го полка НКВД, поддерживали огнем три КВ-1 из второго батальона 133-й тбр. После прорыва немцев к разъезду танки попытались отвести к зданию элеватора, но одна из машин была подбита на насыпи восточнее Максимовского разъезда.
Со стороны Максимовского разъезда наступающие подразделения группы «Эдельсхейм» повернули на север в сторону вокзала. Вдоль железной дороги по улицам Комитетской и Вокзальной (ныне Буханцева) продвигались гренадеры и стрелки, на флангах, объезжая воронки и сгоревшую технику, ползли немецкие танки. Подавив несколько узлов сопротивления, в 16:00 немцы захватили станцию Сталинград II. Справа по ходу движения немецких колон угрожающе высилось громадное здание элеватора, но к удивлению противника такая выгодная позиция не была занята советскими войсками.
