Тем временем советское командование, стремясь сорвать вражеские планы, направило к Воронежу несколько свежих стрелковых дивизий и танковых корпусов. Все войсковые части, оборонявшие Воронеж, были объединены в две армии – 40-ю и 60-ю. В 40-й армии в основном были сосредоточены подразделения, отступившие к Воронежу под натиском противника. Они вели бои в левобережной части города и на прилегающей территории. Командовал армией генерал М.М. Попов.
В 60-й армии тоже были такие отступившие части, но она укомплектовывалась в большей мере воинскими соединениями, направляемыми Генеральным штабом для ликвидации немецкого прорыва. 60-я армия была сформирована как раз в начале немецкого наступления на Воронеж. Первым её командующим стал генерал М.А. Антонюк.
7 июля 1942 года Ставка приняла решение о создании на базе Брянского фронта нового, Воронежского, фронта для оперативного руководства боевыми действиями на воронежском направлении. Сначала командование новым фронтом поручили бывшему командующему Брянским фронтом генералу Ф.И. Голикову. А с 14 июля командовать Воронежским фронтом стал генерал Н.Ф. Ватутин, занимавший до этого должность заместителя начальника Генерального штаба СССР и сам предложивший И.В. Сталину свою кандидатуру на должность командующего фронтом.
Местом дислокации штаба фронта Н.Ф. Ватутин избрал посёлок Анну. По его предложению И.В. Сталин освободил от должности командующего 60-й армией генерал-лейтенанта М.А. Антонюка и назначил на эту должность генерал-майора Ивана Даниловича Черняховского. Он стал самым молодым в Красной Армии командующим армией. А два года спустя, когда И.Д. Черняховского, уже в звании генерала армии, назначили командующим 3-м Белорусским фронтом, он стал самым молодым командующим фронтом. 18 февраля 1945 года И.Д. Черняховский погиб в Восточной Пруссии от осколка вражеского снаряда, разорвавшегося рядом с его машиной. Память генерала И.Д. Черняховского в Воронеже увековечена великолепным бронзовым памятником. О необычной истории памятника в Воронеже, более сорока лет до этого стоявшего в центре города Вильнюса, о судьбе генерала И.Д. Черняховского можно узнать из книги «Памятник генералу Черняховскому», которая выйдет в 2013 году в той же серии «История воронежского памятника», что и книга, которую вы сейчас держите в руках.
Основная тяжесть в оборонительных боях у стен Воронежа легла на 60-ю армию. Войска армии вели тяжёлые бои севернее и восточнее города в районе Задонского шоссе, села Подгорное, парка культуры и отдыха, Ботанического сада ВГУ и городка сельскохозяйственного института. Здесь сражались с врагом воины 232, 107, 161, 195, 159, 121-й стрелковых дивизий, 233-го полка НКВД, танкисты 17, 18, 25-го танковых корпусов, 14-й отдельной танковой бригады и других частей и соединений.
19 июля в Воронеж прибыла и сходу вступила в бой 303-я стрелковая дивизия, сформированная в Кемеровской области в основном из шахтёров Кузбасса. Штаб дивизии расположился на опушке леса у села Чертовицкое. На следующий день старшина 849-го стрелкового полка М.П. Абызов в районе ипподрома закрыл своим телом амбразуру вражеского дзота, обеспечив тем самым успешное наступление батальона. Посмертно он был награждён орденом Ленина.
В тяжёлых боях у рощи Сердце (так она была обозначена на военных топографических картах, а сейчас находится в гуще жилых домов Северного микрорайона) санинструктор Зинаида Туснолобова вынесла с поля боя более ста раненых. Позднее, уже после освобождения Воронежа от оккупантов, в бою под селом Горшечное она была тяжело ранена, долго пролежала на морозе и в результате у неё ампутированы были обе ноги и обе руки. Но она нашла в себе силы вернуться к жизни, создать семью, воспитать двоих детей. Уже после войны она была удостоена звания Героя Советского Союза.
Дивизия несла тяжёлые потери. В первую же неделю боёв погибли командир дивизии полковник Л.И. Остроухов и командир артиллерийского полка этой дивизии подполковник А.В. Ощепков. Их похоронили в отдельных могилах в лесу около села Чертовицкое, где кроме штаба дивизии располагался и медсанбат. Умиравших в медсанбате воинов хоронили здесь же поблизости в братской могиле. Эта могила сохранилась до наших дней. Не совсем ещё сравнялись с землёй блиндажи и окопы,