Летом и осенью 1918 года город Царицын стал одним из важнейших участков обороны Страны Советов. Через его железнодорожный узел и речной порт шли в центр России хлеб и рыба, нефть и хлопок. Царицынский фронт упразднению не подлежал долго. 19 июля был образован Военный совет Северо-Кавказского военного округа. Совнарком утвердил его председателем И. В. Сталина (Джугашвили), членами – К. Е. Ворошилова и председателя Царицынского Совета С. К. Минина. Совет взял на себя общее руководство боевыми действиями.
Ворошилов возглавил оборону города на Волге (то есть стал командующим Царицынским фронтом), а затем стал членом Реввоенсовета Южного фронта и командующим советской 10-й армией. Он проделывает огромную работу, превращая красногвардейские и партизанские отряды в полки и дивизии. Налаживается выпуск красноармейской газеты «Солдат революции».
Осажденный Царицын при Сталине и Ворошилове жил под лозунгом: «Все для фронта, все для победы». На его заводах было изготовлено 11 бронепоездов и 18 броневиков, отремонтировано 300 артиллерийских орудий, много винтовок и пулеметов. Город находился на военном положении.
В боях под Царицыном Ворошилов впервые встретился с С. М. Буденным. Тогда они проводили операцию по освобождению из осадного кольца Большой Мартыновки. Там длительную осаду белоказаков выдержал Мартыно-Орловский партизанский отряд и местные ополченцы.
Донской атаман Краснов поставил перед собой задачу взять с боя Царицын. На город с запада, на станцию Воропаево двигалась группа белых войск под командованием генерала Мамонтова. На северном, Поворинском участке группа генерала Фицхелаурова пробивалась к берегу Волги с целью взять город Камышин. Кольцо вокруг Царицына стало сжиматься все сильнее.
Будущий член Реввоенсовета 1-й конной армии Е. А. Щаденко так описывает бой 28 августа на центральном участке царицынской обороны:
«…Мы поехали с т. Ворошиловым на позиции, которые находились только в 5–7 км от города.
Армия, устало отстреливаясь и тупо отбиваясь от наседавшего врага, медленно откатывалась к Волге, не понимая той опасности, которую таила в себе река, не имеющая переправ. Станции Воропоново и Садовая лежали в черных клубах дыма от рвущихся снарядов… Белые пулеметы клокочут… Кажется, нет выхода, и Царицын придется сдать…
Истомленных, голодных, раздетых бойцов уже ничто не может заставить сражаться и побеждать… Мы торопливо подъезжаем к Коммунистической дивизии донбасских рабочих.
– Вперед, товарищи! – хрипло кричит командарм. – Отступать некуда… Сзади Волга… За мной, сыны революции…
И Коммунистическая дивизия, сползающая с последних высот к Волге, ринулась вперед. За ней порывисто бросилась Донецко-Морозовская дивизия, и скоро весь фронт пришел в движение. Казачьи полки сразу отхлынули на 10 километров.
Пять