Исходя из утвержденного плана, Волжская военная флотилия в ходе Сталинградской битвы решала три основные задачи по содействию войскам фронта: оказывала артиллерийскую поддержку сухопутным войскам; обеспечивала переправы войск через Волгу в черте города и полосе обороны 64-й и 57-й армий; осуществляла противоминную и противовоздушную оборону перевозок по Нижней Волге.
Артиллерийская поддержка сухопутных войск являлась одной из главных задач Волжской военной флотилии в Сталинградской битве. Для ее решения использовались канонерские лодки, плавучие батареи, бронекатера и 680-я батарея железнодорожной артиллерии из трех 152-мм орудий, установленных на железнодорожных платформах. Корабли флотилии приступили к артиллерийской поддержке советских войск под Сталинградом 23 августа, когда немцы прорвались к Волге, и продолжали ее в течение всего периода оборонительного сражения. Артиллерийская поддержка ограниченно оказывалась войскам и в период контрнаступления советских войск под Сталинградом.
Районы боевого применения корабельной артиллерии, части, которые она должна была поддерживать своим огнем, и цели, подлежащие уничтожению, назначались сухопутным командованием, а огневые позиции кораблей, способы стрельбы и корректировки огня определялись командованием флотилии. Принятая система управления артиллерией флотилии давала возможность использовать ее и массированно, например, при отражении атак крупных танковых сил противника, и путем огневого воздействия групп кораблей и отдельных из них на противника для уничтожения его артиллерийских и минометных батарей или атакующей пехоты.
23 августа 1942 г. группировка советских войск в составе 124-й морской стрелковой бригады, 99-й танковой бригады, частей 10-й стрелковой дивизии и отряда моряков Волжской военной флотилии предприняла наступление из района Рынок, Орловка на север, а 64-я дивизия 66-й армии из района Ерзовки — на юг в целях уничтожения немецких войск, прорвавшихся к Волге на участке Рынок — Акатовка. В этом наступлении активное участие принимала Северная группа кораблей под командованием капитана 3 ранга С. П. Лысенко. В состав этой группы, которая своим огнем поддерживала 124-ю морскую стрелковую бригаду и отряд моряков флотилии, входили канонерские лодки «Усыскин» и «Чапаев» и семь бронекатеров. Лодки находились на огневых позициях в устье р. Ахтуба и вели огонь по заявкам командира морской стрелковой бригады, уничтожая танки, бронемашины и живую силу противника в приречной полосе[246].
В течение восьми дней (с 23 по 31 августа) советские части и соединения при поддержке кораблей Северной группы вели ожесточенные бои с прорвавшимися к Волге войсками вермахта и, нанеся им значительные потери, окружили их. Однако уничтожить окруженную группировку противника не удалось главным образом из-за сильного противодействия немецкой авиации, которая в то время еще господствовала в воздухе. 31 августа войска Сталинградского фронта прекратили наступательные действия на этом участке и перешли к обороне.