Для усиления обороны завода «Баррикады» 16 октября командующий армией направил 138-ю стрелковую дивизию, переданную в его распоряжение из резерва Ставки Верховного главнокомандования. Дивизия получила задачу к 4 часам 17 октября сменить части 37-й гвардейской стрелковой дивизии и 95-й стрелковой дивизии, занять и прочно оборонять северную окраину завода; 37-я после смены должна была оборонять его центральную часть, создав в ней сеть опорных пунктов; 95-я перебрасывалась на западную окраину завода в район н/п Сормовск.
Смена втянутых в бой дивизий, оборонявших небольшими группами отдельные дома и заводские постройки, естественно, была затруднена; и к утру 17 октября закончить ее полностью не удалось. Части 138-й стрелковой дивизии за ночь не успели организовать системы огня и изучить принятые районы обороны, а смененные части — выйти на назначенные им новые рубежи.
17 октября утром противник перешел на участке завода «Баррикады» в наступление с севера 305-й пехотной и 14-й танковой дивизиями и с запада 94-й пехотной дивизией. К 16 часам немецким войскам, обладавшим численно превосходящими силами, удалось потеснить 138-ю стрелковую дивизию и подойти непосредственно к северным окраинам завода. 339-й и 347-й полки 308-й стрелковой дивизии, атакованные 94-й пехотной дивизией вермахта, завязали кровопролитные бои на западных подступах к заводу. Весь день боевые порядки 308-й стрелковой дивизии выдерживали непрерывные массированные удары авиации противника. К 17 часам немцы сломили сопротивление 339-го и 347-го стрелковых полков и подошли к западной окраине завода «Баррикады».
138-я стрелковая дивизия частью сил отошла на территорию завода и вместе с 37-й гвардейской стрелковой дивизией в ночь на 18 октября вела борьбу на его северо-западной окраине. Одновременно разрозненные группы бойцов и командиров этих соединений, оставаясь на занятой противником территории, продолжали упорно оборонять отдельные строения в 300–500 м севернее завода.
С 18 октября начались бои на внутризаводской территории за отдельные постройки, складские помещения, цехи, за отдельные крупные станки и агрегаты внутри цехов.
В результате ожесточенных боев в течение 17–18 октября 308-я стрелковая дивизия понесла большие потери: в 339-м и 347-м полках насчитывалось всего по несколько десятков человек; несмотря на это, оставшиеся бойцы и командиры отдельными группами продолжали вести бои за те или иные объекты. Рота 178-го полка НКВД и рабочий отряд завода «Баррикады» численностью 85 человек целый день доблестно отстаивали каждый метр заводской территории. Лишь после того как в роте осталось 5 человек, они отошли на территорию восточной части завода.
