1918年7月底至8月初，
克拉斯诺夫将军的
哥萨克白卫军（步兵和骑兵近4.5万名、火炮150余门、机枪610挺）首次进攻察里津，以便与叛乱的
捷克斯洛伐克军团、乌拉尔斯克和
奥伦堡的哥萨克白卫军会合。察里津地段的苏维埃军队（步兵和骑兵约4.2万名、火炮120余门）由数支零散的部队组成。战斗力最强的是在德国占领军逼攻下自
顿巴斯撤到察里津的乌克兰第3、第5集团军的几支部队。在
北高加索军区军事委员会（7月22日成立，
斯大林任主席，
伏罗希洛夫和米宁任委员）的领导下，为组织城市防御做了大量工作：新组建了几个师，建立了一些工人支队，采取了巩固后方的措施，7月24日，将察里津地段的军队分成三个地段（乌斯季梅德韦杰茨基、
察里津和
萨利斯克），建立了预备队，在该城近接近地构筑了野战工事：2—3道掩体，并在环城铁路支线（经古姆拉克、沃罗波诺沃和萨利普塔，长约40公里）外围架设了铁丝网，调来了
伏尔加河区舰队以确保察里津的防御。
白卫军依仗骑兵优势，于7月底攻占了托尔戈瓦亚和大克尼亚热斯卡亚两镇，从而切断了察里津与北高加索的联系。8月初，菲茨赫拉乌罗夫将军的集群夺取了叶尔佐夫卡和皮丘任斯卡亚，在察里津以北逼近伏尔加河，破坏了察里津与
莫斯科之间的交通。8月18—20日，马蒙托夫将军的骑兵集群在中央方向前出到察里津近接近地。苏维埃军队依托筑垒阵地，运用炮兵，尤其是装甲列车的炮火，于8月20日以突然突击打破了敌合围正面，于8月22日解放了叶尔佐夫卡和皮丘任斯卡亚。8月26日—9月6日，苏维埃军队全线反击，哥萨克白卫军被赶到
顿河右岸，死亡和被俘约1.2万人。
9月至10月间，苏维埃军队指挥部采取了一系列措施，以进一步加强察里津的防御。
卡梅申方向和察里津方向的军队（步兵和骑兵约4万名、火炮152门、机枪200挺、
装甲列车13列）合编为第10集团军（司令为伏罗希洛夫）。1918年9月22日，克拉斯诺夫的军队（步兵和骑兵6万余名、火炮约200门和机枪400挺、装甲列车8列）第二次进攻察里津。他们对第10集团军南翼实施主要突击，企图切断察里津同
阿斯特拉罕和北高加索的联系，而对北翼则实施引诱突击。哥萨克白卫军于10月2日和8日先后夺取格尼洛阿克萨伊斯卡亚镇和京古塔镇，并渡到伏尔加河左岸，对苏维埃军队的后方造成威胁。到10月15日前，敌人接连占领了察里津近郊的萨列普塔、别克托夫卡、奥特拉德诺耶等地。为歼灭敌军，第10集团军指挥部在环城铁路沿线集中了数列装甲列车和由21个炮兵连（火炮共约100门）组成强大的炮兵群，以密集火力给敌人造成了重大损失，使战局发生了有利于苏维埃军队的转折。从北高加索开来的“铁师”（师长为日洛巴）和伏尔加河区舰队从南面发起的突击，以及苏维埃第8、第9集团军从北面（沿
波沃里诺，
巴拉绍夫方向）发起的突击均起了重要作用。10—11月间，第10集团军进行了反攻，克拉斯诺夫的部队被逐到顿河西岸。
1919年1月1日，克拉斯诺夫第三次进攻察里津。到1月月中前，白卫军攻破第10集团军（1918年12月26日起司令为
叶戈罗夫）的顽强防御，再次对该城形成了半圆形包围。1月12日，他们在察里津以北发起突击，夺取了杜博夫卡。为消除这一威胁，苏维埃军队首长被迫从南部防御地段抽调骑兵混成师（师长为杜缅科）抗击突入之敌。克拉斯诺夫白匪乘南段防御空虚之机，于1月16日夺取了萨列普塔。但这是克拉斯诺夫的最后一次胜利。1月14日，杜缅科师将白卫军逐出
杜博夫卡，并突破敌军正面。该师各部在
布琼尼（接任患病的杜缅科为师长）指挥下对敌后方实施深远的袭击。从北部转入进攻的第8、第9集团军对哥萨克白卫军察里津集团的后方造成了威胁。2月中旬，克拉斯诺夫被迫退却。
在
察里津保卫战中，苏维埃军队获得了保卫大城市的宝贵经验，丰富了苏联军事学术，如：在城市接近地建立防御地区；大量集中使用炮兵和装甲列车；在防御战斗和反攻过程中各兵种（步兵、骑兵、炮兵、装甲列车及内河区舰队）密切协同作战。为了达到反攻的目的，苏维埃军队指挥部巧妙地将各部队在主要方向上对敌翼侧和后方的突击与在各次要方向上固守筑垒阵地结合起来。在察里津战斗中第一支苏维埃骑兵兵团（骑兵混成师）的建立和使用，是国内战争中有效地使用大量骑兵的开端。1919年5月14日，察里津“因百折不挠地、胜利地抗击了革命的敌人”，荣获
全俄中央执行委员会授予的革命荣誉红旗，后来在纪念察里津防御五周年（1924年4月14日）时又荣获一枚
红旗勋章。为了纪念斯大林在察里津战役中的贡献，1925年
察里津改名为
斯大林格勒。