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.
Самое страшное случилось, когда Не-111 из эскадры KG55 сбросили бомбы на нефтехранилища, расположенные на берегу Волги в районе завода «Красный Октябрь». Произошло несколько мощнейших взрывов, и сталинградцы увидели, как огромный столб пламени взметнулся в небо на сотни метров. Затем от нагрева уцелевшие баки стали гулко взрываться, выбрасывая вверх новые столбы огня и дыма. Через какое-то время горящие нефтепродукты огненным потоком устремились по склонам к воде. Начались массовые пожары, пламя стремительно выжигало все на своем пути. Пылающая нефть потекла в Волгу, поджигая пароходы, баржи, пристани.
После 19:00 по местному времени бомбежка завершилась, но огромные пожары продолжали полыхать. Когда стемнело, огненное зарево было видно за 150 км от Сталинграда, его наблюдали жители Эльтона, Горной Пролейки и Каменного Яра. В ночь на 24 августа германские бомбардировщики совершили еще один налет на город, сбрасывая бомбы на горящие развалины с высоты 300—400 м. Зенитчики были деморализованы, боеприпасы кончились, и немцы практически не встречали противодействия со стороны ПВО.
В результате бомбардировки погибло более 90 тысяч человек, большей частью мирных жителей, уничтожено более половины жилого фонда довоенного Сталинграда, превратив тем самым город в громадную территорию, покрытую горящими руинами. Центр Сталинграда занимали старые малоэтажные деревянные строения. Образовался огромный огненный вихрь, который дотла сжёг жилые кварталы центральной части города. Температура в эпицентре пожара доходила до 1000 °С.