Сформирована вновь на базе 27-й стрелковой бригады в г.Вязники в июне 42. Входила с состав 9РезА.

В конце августа 42г. 9РезА преобразованная в 66А получила приказ выдвигаться на фронт севернее Сталинграда. Сосредоточение соединений армии запаздывало. Был трудности с подвозом боеприпасов. К 3 сентября дивизия продолжала сосредоточение прибывая по жд в район Грязнуха, Ср. Камышинка. С утра 5 сентября части 66А перешли в наступление. 316сд была во втором эшелоне армии заканчивая свое сосредоточение сев. свх. Котлубань. К началу наступления на 15 сентября дивизия насчитывала 10495чел., 44 полевых орудия, 30 пт орудий, 180 миномета, 239 птр, 81 станк., 210 ручн. пулем..

К исх. 18 сентября дивизия выдвигалась на передний край обороны. Получившая новую полосу для наступления и изменив свой состав части 1ГвА с утра 18 сентября перешла в наступление. Цель наших войск была прежняя - соединиться с 62А Чуйкова и деблокировать Сталинград. 316сд должна была наносить главный удар. Дивизию поддерживали 87тбр(из состава 7ТК), 7гвап, 659ап, 72 и 23гмп. В 5.30 началась арт. подготовка. В 6.30 ударил последний залп РС-ов. Части 316-й стрелковой дивизии полковника И. Е. Зубарева с 87тбр (командир бригады полковник И. В. Шабаров) в 7 час. 30 мин. ворвались на неприступный до этого дня разъезд 564-й километр. Дружной атакой выбив оттуда противника, они двинулись вдоль железной дороги в направлении возвышенности под названием «Большой гребень», господствовавшей над окружающей местностью и тянувшейся примерно на 5 км к западу от железной дороги. 87-я танковая бригада, преодолевая упорное сопротивление врага, вышла на гребень в районе отметки 154.2. После этого вместе с двигавшимися вслед за ней частями 316-й стрелковой дивизии она начала наступление на высоту 145,5. В это же время 12-я танковая бригада (командир полковник В. М. Баданов), действовавшая совместно с 292-й стрелковой дивизией генерал-майора С. В. Лишенкова, шестью танками прорвалась на хутор Бородкин. Увы все эти танки погибли.

Таким образом, уже в течение первой половины дня оборона противника была прорвана. Несмотря на это, положение было неопределенным. По всему фронту наступления шли ожесточенные бои, и нельзя было с уверенностью предсказать их исход. До обеда наши стрелковые части успешно продвигались вперед. Соседняя правофланговая 308сд полковника Гуртьева овладела выс. 154,2 и х.Бородкин. Полки 316сд. важной высотой на гребне вдоль жд - 145,5. Однако в бою сказалась неопытность командира дивизии. Занявшие высоту 145,5, 154,2 и х.Бородкин части не закрепили их за собой. Не была подтянута артиллерия, не организована разведка. Танкисты 7ТК потеряли почти все танки, а второй эшелон - 4ТК в бой не вводился. Во второй половине дня подтянув резервы из района Б.и М.Россошка немцы атаковали силами до 50 танков. Оказавшись без своей артиллерии и поддержки танков стрелковые подразделения 308 и 316сд не выдержали и к вечеру начали неорганизованный отход на исх. позиции. 1073сп часть которого оказалась отрезанной понес наибольшие потери. Командир и комиссар 1073сп с боля боя бежали, за что они были преданы суду военного трибунала. Комдив выпустил управление дивизией из своих рук. Дивизия понесла большие потери от оборонительного огня немцев и бомбежек с воздуха. В бою было потеряно 1 76мм да, 6 76мм па, 14 45мм орудий. Приведя части в порядок с утра 19 сентября наступление продолжилось. К участку прорыва был подтянут 4ТК Кравченко. Потери дивизии за 18-19 сентября убитыми, ранеными и пропавшими б/в составили до 5000чел.. За утерю управление и плохое руководство боев командир дивизии полк. Зубарев и комиссар Рибекин были отстранены от должностей. 24 сентября полковник И. Е. Зубарев был контужен. Решением Военного совета 1-й гвардейской армии от 29 сентября за большие потери дивизии он был отстранен от должности и арестован. После рассмотрения его дела 9 октября его восстановили в должности. Последующие попытки перехода в наступление предпринимавшиеся вплоть до конца октября были неудачными.

С 1 октября Сталинградский фронт переименовывался в Донской. Новым командующим вместо генерал-лейтенанта Гордова назначался генерал-лейтенант Рокоссовский. 1 октября командующий армией генерал-майор Москаленко был отстранен от занимаемой должности и отбыл в Москву. Новым командующим 1ГвА был назначен генерал-майор Чистяков. В отчете 1ГвА по операции написано: "У многих командиров чувствуется настроение характеризующееся неверением в победу. Командиры 316 , 260 сд. Что несомненно отражается на успехе в боевых действиях. С этим настроением надо бороться. Те, кто имеют такие настроения пусть освобождают свои места и не мешают нам воевать...".

С 23 сентября выводилась в резерв 1ГвА. Так 27 сентября дивизией было получено 491чел. пополнения. Но даже в этот день потери составили 51 убитыми и 114 ранеными. На 25 сентября насчитывала 4828чел..

Принявший с 1 октября армии Сталинградского фронта штаб нового Донского фронта во главе с генерал-лейтенантом Рокоссовским докладывал, что для пополнения понесших большие потери соединений фронта требуется 118000челове. При том что численность всего фронта составляла 303854чел.. В середине октября 42г. управление 1ГвА выводилось в резерв Ставки. 20 октября 24А силами 316, 173, 233сд вновь перешла в наступление. Однако удалось продвинуться только до проволочных заграждений противника. Немногочисленные подразделения дивизии действовали действовали теперь небольшими группами по 5-8чел. стараясь продавить позиции противника в район раз. 564км. Наступление было вновь неудачным.

Распоряжением Донского фронта от 2 ноября малочисленные (207, 221, 292 и 316сд) фронта расформировывались передавая технику и личный состав в другие соединения. 316сд передавала свой участок 260сд.