Бои с отборной 1-й танковой армией генерала Эвальда фон Клейста длились около месяца, с 20 октября по 21 ноября 1941 года. Первое наступление на Ростов со стороны Таганрога продолжалось десять дней. В ходе отражения первого немецкого наступления на Ростов в последней декаде октября неодолимой стеной на пути танков и мотопехоты 3-й моторизованного корпуса генерала Эберхарда Августа фон Макензена встали воины 343-й Ставропольской, 353-й Новороссийской стрелковых и 68-й Кущевской кавалерийской дивизий. В результате отборный немецкий 3-й моторизованный корпус в составе двух танковых и двух моторизованных дивизий понес значительные потери, был вынужден отказаться от наступления на Ростов и перенес свои усилия на Новошахтинское направление, в обход с севера.
Нацисты начали новое наступление на город 17 ноября, нанося танковый удар с севера, через село Большие Салы, по еще не обстрелянной в боях 317-й Бакинской стрелковой дивизии полковника Ивана Середкина. 16 артиллеристов ценой жизни отразили атаку 50 танков, 12 из которых сожгли, а 18 подбили. Герои-артиллеристы посмертно были награждены орденами и медалями, а Сергей Оганов и Сергей Вавилов удостоены звания Героев Советского Союза. Их именами названы улицы Ростова, а на месте гибели установлен величественный мемориал.
Спеша на выручку героической батарее с ротой противотанковых ружей, погиб командир дивизии полковник Середкин. За три дня боя Бакинская дивизия потеряла 8971 бойца и командира и все пушки и пулеметы. Сильно поредели и полки 31-й, 353-й, 343-й дивизий, батальоны 6-й танковой бригады, курсантов военных училищ, ополченцев. К 16 часам 21 ноября 1941 года соединения и части 56-й Отдельной армии отошли на левый берег Дона.
Немецким войскам временный захват Ростова также достался недешево: убитыми — до 3500 солдат и офицеров, более 5000 — ранеными и обмороженными, 154 подбитых и сожженных танка, сотни автомашин и мотоциклов, много другой боевой техники и вооружения. Наступательная мощь 13-й и 14-й танковых, 60-й и 1-й «Лейбштандарт СС Адольф Гитлер» моторизованных дивизий, штурмовавших донскую столицу, была настолько подорвана, что вести дальнейшее наступление на Кавказ они были не в состоянии.
Первая оккупация города длилась восемь дней и вошла в историю как «кровавая неделя». Эсэсовцы дивизии «Лейбштандарт Адольф Гитлер» расстреляли и замучили сотни мирных граждан: стариков, женщин, детей, особенно в Пролетарском районе города. На 1-й Советской улице у дома №2 лежала груда из 90 трупов жителей этого дома; на 36-й линии, около детского дома, был убит 61 человек; на углу 40-й линии и улицы Мурлычева фашисты открыли огонь по очереди за хлебом, убив 43 человек: стариков, женщин и детей; на Армянском кладбище гитлеровцы расстреляли из пулеметов до 200 местных жителей.
В ходе контрнаступления войск Южного фронта под Ростовом-на-Дону с 17 ноября по 2 декабря 1941 года соединения и части 56-й армии с 27 ноября тремя оперативными группами перешли в наступление и во взаимодействии с Новочеркасской группой войск 9-й армии 29 ноября освободили город от врага.
В условиях полуокружения немцы не выдержали концентрических ударов наших войск и к исходу 29 ноября оставили город.
Войска, освободившие Ростов-на-Дону, уже вечером 29 ноября получили приветственную телеграмму Верховного Главнокомандующего Иосифа Сталина: «Поздравляю вас с победой над врагом и освобождением Ростова от немецко-фашистских захватчиков. Приветствую доблестные войска 9-й и 56-й армий во главе с генералами Харитоновым и Ремезовым, водрузившими над Ростовом наше славное советское знамя!».
Под Ростовом вермахт потерпел первое крупное поражение, а его 1-я танковая армия была отброшена на 70—80 км на запад. Были разгромлены 14-я и 16-я танковые дивизии, 60-я и «Лейбштандарт Адольф Гитлер» моторизованные дивизии, 49-й горнострелковый корпус. Враг потерял свыше 5000 гренадеров убитыми, около 9000 ранеными и обмороженными, уничтожено и захвачено в качестве трофеев 275 танков, 359 орудий, 4400 автомашин различных марок и назначения, 80 боевых самолетов и много другого военного имущества и вооружения.
В результате успешного контрнаступления войск Южного фронта и 56-й армии Ростов-на-Дону был освобожден, а отборные танковые и моторизованные дивизии армии барона фон Клейста разбиты и отброшены на 80—100 км, на рубеж реки Миус. В боях за Ростов отличились бойцы и командиры Ростовского полка народного ополчения, воины-чекисты 230-го полка подполковника Павла Демина, дивизии и бригады 56-й армии. Победа под Ростовом останется в истории как первый стратегический успех советских войск в Великой Отечественной войне.