Отправившись в район боевых действий на бронепоезде, Сталин взял с собой Зедина, командующего 5-й армией Ворошилова и технический отряд. Исправляя поврежденный путь и участвуя в перестрелке с казаками, от станции Гашун бронепоезд дошел до станции Зимовники, расположенной в 250 километрах от Царицына, южнее Котельникова. В результате двухнедельного пребывания на фронте Сталин убедился, что линию Котельниково — Тихорецкая можно полностью очистить от неприятеля «в короткий срок, если за бронепоездом двинуть 12-тысячную армию, стоящую под Гашуном».
Телеграфируя о своей поездке 16 июля Ленину, он сообщал: «Я, с Зединым и Ворошиловым, решил предпринять некоторые шаги вразрез с распоряжениями Снесарева. Наше решение уже проводится в жизнь, дорога в скором времени будет очищена, ибо снаряды и патроны имеются, а войска хотят драться».
Получив одобрение главы правительства, «Чрезвычайный нарком» действовал решительно и со знанием дела. 19 июля был образован Военный совет Северо-Кавказского военного округа под председательством Сталина. В него вошли С. Минин и военспец Ковалевский. Военный совет сразу установил контроль за деятельностью штаба округа.
По словам С.М Буденного, в это время Сталину «пришлось провести коренную перестройку работы не только гражданских, но и военных учреждений и возглавить оборону города». В своих «реформах» он опирался на местных руководителей во главе с С.К. Мининым, но и в этом сотрудничестве не все было просто.
Невозвращенец и ярый противник Сталина Ф. Раскольников, встретившийся со Сталиным летом 1918 года, признавался: «Сталин был в Царицыне всем: уполномоченным ЦК, членом Реввоенсовета, руководителем партийной и советской работы... все вопросы он,
Одной из принятых им мер по реорганизации фронта стало усиление соединения Ворошилова. 22 июня военрук А.Е. Снесарев подписал приказ: «Все оставшиеся части бывших 3-й и 5-й армий, части бывшей армии Царицынского фронта и части, сформированные из населения Морозовского и Донецкого округов, объединить в одну группу, командующим назначается бывший командующий 5-й армией т. Климент Ефремович Ворошилов».
Однако Москва ждала хлеб, и 24 июля в разговоре по прямому проводу со Сталиным Ленин отметил: «О продовольствии должен сказать, что сегодня вовсе не выдают ни в Питере, ни в Москве. Положение совсем плохое. Сообщите, можете ли вы принять экстренные меры, ибо кроме Вас добыть неоткуда...»
Отвечая Ленину, нарком сообщал, что «запасов хлеба на Северном Кавказе много, но перерыв дороги не дает возможности отправить их на Север. В Самарскую и Саратовскую губернии послана экспедиция, но в ближайшие дни не удастся помочь вам хлебом.
<...> Продержитесь как-нибудь, выдавайте мясо и рыбу, которые можем прислать вам в избытке. Через неделю будет лучше».
Его не нужно было подгонять. Он прекрасно понимал обстановку и принимал необходимые меры. В приказе от 24 июля частям армии были определены боевые участки обороны, план распределения сил и задач. Одновременно Сталин произвел мобилизацию городского населения на строительство оборонных укреплений, а специальные рабочие отряды стали следить за порядком и дисциплиной в городе.
В этот период у красных сложилась тяжелейшая ситуация в Кубанской армии Калина. Не имевшая достаточно вооружения и боеприпасов, она была отрезана и отступала под напором белых. Делая обобщающий анализ, 26 июля Сталин телеграфирует в Москву: «Положение всей Кубанской армии отчаянно неприглядно, армия осталась без необходимых предметов вооружения, она отрезана, и гонят ее к морю. Если мы с севера не пробьемся и не соединимся с ними (в) ближайшие дни, то весь Северный Кавказ, закупленный хлеб и всю тамошнюю армию, созданную нечеловеческими усилиями, потеряем окончательно».
Вместе с тем он отчетливо понимает, что только усилиями Царицынского фронта пробиться к частям Кубанской армии не удастся. Поэтому, обратив внимание на остроту ситуации, он предложил решение: «Я знаю, что вы с Военным советом формируете дивизию для Баку, шлите ее нам срочно, и все будет спасено в несколько дней... Передайте то же самое Подвойскому и потребуйте принять срочные меры».
Впрочем, так и не дожидаясь пополнения, «срочные меры» он принял сам. Перейдя в наступление на западном направлении царицынского участка фронта, 31 июля красные взяли Калач, а на Юге продвинулись в район станции Зимовники и Куберле. Круг вопросов, которыми он занимался, становился все более всеобъемлющим. И, как это ни выглядит парадоксально, но самую блестящую оценку деятельности Сталина в Царицыне дала белогвардейская пресса.