Дочь А. И. Еременко Татьяна вспоминала: «В Сталинграде отец взял на себя смелость и впервые ввел в состав действующих войск дивизию НКВД, тем самым покусился на епархию Берии. К слову, в Волгограде есть единственный памятник “Чекистам”, поставленный в честь 10-й стрелковой дивизии внутренних войск НКВД. Использование этой дивизии – это был шаг, вызванный военной необходимостью. Чтобы решиться на него, нужно было иметь большую смелость, так как вовлечение целого соединения чекистов нарушало те правила политической игры, которые существовали в высших эшелонах власти и обостряли отношения Еременко с Берией. Вызов политическому режиму! Но Еременко смело берет на себя всю ответственность».

Огромное значение Еременко придавал организации артиллерийского огня. В сентябре, в период боев на городском обводе, он создал объединенную артиллерийскую группу, что позволило оперативно сосредотачивать огонь высокой плотности на угрожающих направлениях. Так, он докладывал в Ставку ВГК о ходе боевых действий: «Я решил:

1. Срочно перебросить три дивизии со Сталинградского фронта, которые сейчас находятся на марше.

2. До подхода этих дивизий в течение ночи с 28.09 на 29.09 артиллерийскими средствами и авиацией нанести удар по группе противника, действующей на фронте Баррикады, р. Царица. Будет участвовать девять гвардейских минометных дивизионов, которые выпустят по три залпа и тридцать пять артбатарей, которые совершат по три-четыре огневых налета по скоплениям противника. На эту меру пришлось идти, несмотря на ограниченность боеприпасов».

Собранная в мощный кулак, в дни особенно напряженных боев только одна фронтовая артиллерийская группа выпускала по противнику до десяти тысяч снарядов. Эти своевременно проведенные мероприятия сыграли решающую роль в оборонительный период Сталинградской битвы.

Отходом наших войск на городской обвод завершился этап Сталинградского сражения, о котором писатель Константин Симонов – бывший в то время военным корреспондентом газеты «Красная звезда» – написал так: «Сегодня мы держимся, мы еще не побеждаем, слава дивизий и армий, слава всего русского оружия еще не родилась на этих полях. Но слава солдата, солдатская слава, каждый день и каждую ночь рождается то здесь, то там, и мужество человека всегда остается мужеством и слава славой, как бы тяжело ни приходилось армии и народу».

В ходе оборонительных боев под Сталинградом, которые с каждым днем приобретали все более ожесточенный характер, Еременко пришлось мобилизовать все свое умение и искусство управления войсками, чтобы парировать удары противника. Немецкие войска, прорвавшись к Волге на северной окраине города, добились успеха и на юге. 13 сентября части вермахта вышли на берег Волги в районе балки Купоросной на стыке 62-й и 64-й армий. 62-я армия генерал-лейтенанта В. И. Чуйкова была блокирована со всех сторон и прижата к Волге. 14 сентября немцы прорвались в центр города, завязались бои за железнодорожный вокзал «Сталинград-I», а в районе Центральной набережной захватчики вышли к Волге.

Ситуация складывалась критическая. Чтобы исправить положение, по решению Ставки ВГК в ночь на 15-е и на 16 сентября с левого берега Волги из района Красная Слобода в Сталинград переправилась 13-я гвардейская стрелковая дивизия генерал-майора А. И. Родимцева. В 4.00 14 сентября Еременко отдал приказ: «Командарму 62-й приказать командиру 13 гв. сд в течение 14 сентября провести тщательную командирскую рекогносцировку своих районов. Командиру 13 гв. сд 14.09 к вечеру сосредоточиться у переправ, а к 7.00 15.09 занять оборонительную полосу.