Чтобы окончательно разрушить основную инженерную и транспортную инфраструктуру города, не допустить организованного сопротивления в городских кварталах и деморализовать отходящие советские войска, Вольфрам фон Рихтхофен решил задействовать в налете все имеющиеся в его распоряжении силы бомбардировочной и штурмовой авиации из 4-го и 8-го авиакорпусов, бросив их на Сталинград непрерывно сменяющими друг друга волнами. Каждая эскадра и группа получила конкретный сектор, на который нужно было сбросить фугасные, зажигательные и осколочные бомбы. Крупные объекты (заводы, фабрики, вокзалы и большие здания) были поделены между эскадрильями, причем каждый штурман получил подробный аэрофотоснимок города. Основными целями были водозаборные станции на Волге, заводы: тракторный им. Дзержинского, «Красный Октябрь», «Баррикады», фабрика «Лазурь», а также нефтехранилища на берегу Волги. Маршруты полета и эшелоны атаки также были определены индивидуально для каждой авиагруппы.
В 16.00 по московскому времени вся степь в районе Сталинграда наполнилась зловещим гулом авиационных моторов. В налете участвовали Не-111 из KG27 «Бельке», III./KG4 «Генерал Вефер», I./KG100 «Викинг», I. и III./KG55 «Грайф»; Ju-88 из I. и III./KG51 «Эдельвейс» и KG76; Ju-87 из II./StGl, StG2 «Иммельман» и I./StG77. Их сопровождали «Мессершмитты» Bf-109 из I./JG53 «Пик Ac», JG3 «Удет» и III./JG52.
Зенитчица 748-го ЗенАП М. И. Матвеева вспоминала:
–
–
В 16.20 в Сталинграде в очередной раз была объявлена воздушная тревога, надрывно загрохотали зенитки, и вскоре в небе появились первые бомбардировщики. Рабочие не имели права покидать цеха без разрешения директора и, услышав гудки воздушной тревоги, продолжали трудиться. Многие пытались сохранять спокойствие, кто-то все же паниковал, другие тихонько молились о спасении. Вскоре на фоне глухих хлопков зениток послышался ужасающий вой авиационных сирен и моторов, а потом леденящий кровь свист падающих бомб.
На металлургическом заводе «Красный Октябрь» продолжалась работа, когда девять Ju-88, зайдя со стороны Волги, с пикирования сбросили бомбы на его корпуса. Мощные взрывы вздыбили крыши цехов, взметнув в небо столбы огня и дыма. Затем «Юнкерсы» с воем пронеслись над крышами домов, выходя из пике. На заводе начался кромешный ад. В литейном корпусе № 3 прямо на рабочих с грохотом повалились многотонные швеллера и балки, фрагменты крыши. Взрывной волной из доменных печей выбросило пламя, на пол хлынули потоки жидкого металла, из пробитых трубопроводов потек горящий мазут. Те, кто еще не был придавлен или разорван в клочья, тотчас вспыхнули и с неистовыми криками носились в дыму. Рабочие, которым посчастливилось не оказаться в очагах поражения, уже не дожидаясь «официального приказа», бросились бежать на улицу. Одни запрыгивали в вырытые поблизости щели, другие мчались прочь подальше от цехов.
Сталинградцы, которых бомбежка застала дома, не сразу оценили масштаб происходящего. Те, кто боялся за свое имущество, оставались в квартире, нервно поглядывая в окна, другие спускались в подвал или в щели. Тысячи горожан налет застал в транспорте или просто на улице. После первых взрывов все они, взглянув на небо, увидели, как из-за реки, с юга и с запада, со всех сторон приближались следующие группы бомбардировщиков. Столбы огня и дыма поднимались уже и в северной части города над тракторным заводом и где-то на юге. Добравшись до укрытий, зачастую представлявших собой простые окопы, сталинградцы со страхом смотрели наверх. Было видно, как из идущих ровным строем самолетов вываливаются и тотчас рассыпаются веерами серебристо-белые предметы. Вскоре они превратились в огромные «зонты», так что все небо вскоре стало молочно-белым.