1942年7月下旬，
斯大林格勒会战打响。德国精锐的第六
集团军向斯大林格勒方向推进，战役开始时，苏军在斯大林方向的防御力量薄弱，苏军在万般无奈之际，将两个正在组建的坦克集团军投入战斗，却被德军完全歼灭。7月底，德军将第四装甲军团从高加索油田边缘抽调来支援进攻斯大林格勒方向，德军的兵力有25万人，740辆坦克和1200架飞机的支援。而苏军的斯大林格勒方面军，是在被德军完全击溃的的西南方面军基础上匆匆组建的，只有18个满员师和16个不满员师，作战部队为16万人，有近400辆坦克和600多架飞机。德军在战役之初进展顺利，虽然苏军顽强抵抗，德军还是突破苏军的层层防线，9月13日，德军突入市区。斯大林在这个危重的时刻特意打电话命令斯大林格勒市委、军工企业一个也不准后撤，要在战斗中继续组织生产。斯大林还有一句在当时非常著名的命令：“决不后退一步！”，命令担任斯大林方向的士兵和军官在危重时刻不允许后退，若后退则面对的是极其严厉的惩罚。这时，在斯大林格勒担任防御任务的还有苏联新组建的东南方面军。而自从德军进入斯大林格勒市区后，一场旷日持久且血雨腥风的巷战开始了。
苏军统帅部在斯大林和最高统帅助理
斯大林格勒保卫战的总指挥
朱可夫（Георгий Константинович Жуков）和总参谋长华西列夫斯基（Александр Михайлович Василевский），研究挽救斯大林格勒办法，他们认为只有用城市吸引住德军的重兵集团，再用强大的预备队合围德军第六集团军，该计划的代号为“
天王星”（Операция "Уран"）。但是天王星计划最快必须到11月中旬才能部署成功，也就是说，为执行天王星计划，斯大林格勒还得坚持2个月以上。而且防守人力薄弱的斯大林格勒来说，这是极端困难的。但是，苏军的抵抗却异常顽强，双方的战斗非常激烈，即使是对一个街区甚至一栋建筑的争夺，都要付出巨大的伤亡代价。至9月底，苏军固守的地段只有伏尔加河西岸的纵深不到1公里的狭长地带，但德军却一直不能完全占领斯大林格勒，并一直坚持到11月份。担任斯大林格勒保卫战的军区司令崔可夫（Василий Иванович Чуйков）在回答人们关于德军为什么不能占领斯大林格勒的问题时说：“敌人（德军）只能踏着我们的尸体前进，而苏军是杀不完的。”由于第六集团军司令
保卢斯（Friedrich Wilhelm Ernst Paulus）为了在寒冬到来之前占领斯大林格勒，发动了猛烈的进攻，战争进入白热化。
11月19日拂晓，苏军实施天王星计划，在斯大林格勒附近开始大规模反攻，11月23日，苏军合围了德军第六集团军全部。
希特勒命令德军“战斗到最后的一兵一卒一枪一弹”，并命令
曼施坦因（Erich von Manstein）将军率领的A集团军群的装甲重兵集团实施救援，但被苏军所阻。1943年1月10日，苏军发动总攻，至1943年2月2日，德军刚提升为元帅的第六集团军司令长官保卢斯投降，苏军完全歼灭了进攻斯大林格勒的德军第六集团军，从而根本扭转了苏德战场的局势。苏军在
斯大林格勒战役的胜利，使
苏德战争出现了历史性转折，也是
第二次世界大战的转折点。而斯大林格勒战役也成为历史上最为残酷的战役，双方共约有200万人在瓦砾中丧生，其中50万是平民，而普通士兵在被投入斯大林格勒战役后的平均寿命则以分钟计。