1942年7月28日，在斯大林格勒保卫战打响之后，斯大林向广大苏军官兵发出了保卫斯大林格勒的号召：
“现在是结束退却的时候，决不后退一步，这就是我们当前的主要号召。必须顽强地保卫每一个阵地，每一寸苏联领土，直到最后一滴血。”
挺进斯大林格勒
1942年4月初，眼看德军攻占莫斯科已经没有希望，希特勒不得不开始考虑在自己兵力占优势的苏德战场南线做文章。德军将在这一年的夏季集中优势兵力进攻苏联的南翼，推进至高加索各石油区和顿河、库班河以及伏尔加河下游地区，夺取斯大林格勒之后迂回北上，从东面包抄莫斯科，并进逼乌拉尔和西伯利亚。在这一作战计划中，斯大林格勒成了德军的进攻重点。斯大林格勒位于伏尔加河下游西岸、顿河河曲以东，是苏联内河航运干线上的重要港口和南北铁路交通的枢纽，也是苏联南部的工业重心，城市居民约有60万人。该市的西面和南面是苏联粮食、石油和煤炭的主产区——辽阔富饶的顿河流域、库班河流域和南高加索地区。1941年德军占领基辅之后，斯大林格勒就成了苏联中央地区通往南部经济区的交通咽喉，因此其战略地位非常重要。
担任主攻斯大林格勒任务的是由德军B集团军群调来的第6集团军，下辖13个师约27万人、各种火炮3000门、坦克约500辆、作战飞机约1200架，集团军司令为保卢斯上将。针对德军在南线的异动，苏军最高统帅部于1942年7月12日组建了斯大林格勒方面军（8月7日分编出东南方面军；9月28日原斯大林格勒方面军改称顿河方面军，东南方面军改称斯大林格勒方面军），下辖12个师约16万人、各种火炮2200门、坦克约400辆、作战飞机700架，司令为铁木辛哥元帅（7月23日被戈尔多夫中将替换）。斯大林格勒方面军的任务就是在长达520千米的顿河防线上对进攻斯大林格勒的德军实施阻击，其中的精锐力量第62（崔可夫中将指挥）、第64（舒米洛夫少将指挥）集团军布防在顿河大弯曲部，防止德军强渡顿河并沿最短的路线突击斯大林格勒。苏军在斯大林格勒外围布防的同时，斯大林格勒的居民也在该城的近郊紧急构筑了四道防御工事，它们均在稍后的防御作战中发挥了巨大作用。
1942年7月17日，德军第6集团军果然首先对顿河大弯曲部实施了攻击。但在苏军第62、第64集团军的顽强阻击下，德军进展并不顺利。德军最高统帅部不得不将由霍特上将指挥的第4装甲集团军（原第4装甲集群）从高加索方向紧急调至斯大林格勒方向。8月2日，其先头部队已逼近科杰利尼夫斯基，在西南方向对斯大林格勒构成了威胁。8月5日到8月10日，由崔可夫中将指挥的苏军突击集群与第4装甲集团军展开了激战，最终将德军赶回了外围防线，迫使其转入防御。
大血战
1942年8月10日，苏军主动退至顿河东岸构筑新的防线。8月19日德军再度发动了进攻，力图从西面和西南面同时实施突击以攻占斯大林格勒。苏军调集后方预备兵力，会同斯大林格勒方面军从北面对德军侧翼实施了反突击，迫使德军第6集团军分兵北上进行支援，斯大林格勒西面和西南面的压力得到缓解。这之后，德军多次向斯大林格勒方向增兵，至8月底，围攻斯大林格勒的德军总数已达80多个师。
9月12日，德军从西面和西南面攻至斯大林格勒城下，第62、第64集团军退入城内与德军展开了激烈的巷战。苏德两军不断向城内增兵，每一个街道、每一栋楼房甚至是每一层楼面、每一个房间都成了双方争夺的焦点，仅是对斯大林格勒火车站的争夺，在一周时间内就13次易手。9月26日夜，一位名叫雅科夫·费多托维奇·巴甫洛夫的苏军中士率领一个侦察小组坚守斯大林格勒市中心的一栋四层楼房长达3昼夜，击退德军多次猛攻，使得该建筑成为苏军防御体系中一个重要的支撑点。战争结束后，这栋建筑物被命名为“巴甫洛夫楼”。另外，斯大林格勒的工人们也为战争的最后胜利贡献出了自己的力量。红十月冶金厂的工人们在巷战打响之后仍然坚持生产，即使在德军坦克距离工厂只有几百米的危急情况下，一部分工人拿起武器阻击敌人，其他工人则冒着炮火继续生产。在战斗最激烈的9月份，该厂共制造了200辆坦克和150辆牵引车，通常情况是苏军驾驶刚刚装配好的坦克冲出厂门，就直接投入对德军的战斗。
9月底，德军再次向斯大林格勒增派了20万援兵，苏军也调来了6个步兵师和1个坦克旅与德军对垒，双方的激战更加惨烈。10月15日，德军调集重兵对斯大林格勒拖拉机厂实施了猛攻，守卫的苏军对其予以坚决的反击。
战争转折点
为了减轻德军对斯大林格勒市区的压力，苏联顿河方面军于1942年10月19日在北部转入进攻，苏联第64集团军于10月25日从南面对德军侧翼实施了反突击。11月11日，德军对斯大林格勒发动了最后一次进攻。从这之后，德军就再也没有踏入这座英雄的城市半步。11月19日清晨，苏军在谢拉菲莫维奇、克列茨卡亚两地的顿河登陆场，以及斯大林格勒以南的萨尔帕群湖实施了代号为“天王星”的反攻行动，总计投入西南方面军、顿河方面军和斯大林格勒方面军共110.6万兵力、各种火炮1.55万门、坦克和装甲车辆1463辆、作战飞机1350架。苏军的强大攻势让德军难以招架，迅速向西溃退。11月23日，西南方面军和斯大林格勒方面军在卡拉奇、苏维埃茨基、马里诺夫卡地区胜利会师，从而对德军第6集团军和第4装甲集团军一部完成了合围，包围圈中总共有德军22个师约33万人。
希特勒得知第6集团军陷入重围之后焦急异常，一面命令保卢斯不惜一切代价死守，一面调集各路兵力组成顿河集团军企图解救被围德军。1942年12月12日，德军救援部队开始执行“冬季风暴”救援行动，不顾一切向第6集团军靠拢，企图前出至科杰尼科夫斯基一线从而突破苏军包围圈。19日救援德军突破苏军重重防线，抵达梅什科瓦河，距离第6集团军只有40千米。这时，苏军大胆穿插至救援德军的后方，对其形成合围态势。救援德军为求自保，不得不向南撤退，同时电告保卢斯自行突围。29日苏军收复科杰尼科夫斯基，彻底粉碎了德军的解围计划，第6集团军等德军部队已成瓮中之鳖。与此同时，苏联空军已夺取战区上空的制空权，被围德军赖以生存的空中补给被彻底切断。寒冬之中，冻死饿死的德军不计其数，包围圈也在不断缩小。
1943年1月8日，苏军向被围德军发出了最后通牒，敦促其立即投降，但保卢斯遵照希特勒的命令拒绝投降。10日凌晨，苏军发起了大规模攻势，在6天之内再次将包围圈缩小了一半。24日，眼看形势已难以支撑，绝望中的保卢斯向希特勒发出了请求准许向苏军投降的电报，以挽救余下官兵的生命。希特勒接到保卢斯的电报后怒不可遏，立即回复道：“不许投降！死守阵地，战至最后一兵一卒一枪一弹！”同时，希特勒提升保卢斯为德国元帅，其他117名军官各升一级。他在发给保卢斯的晋升电报中强调，在德国的历史上还没有任何一位德国元帅向敌人投降的先例，也就是让保卢斯在最后时刻选择自杀。
希特勒的这次加官晋爵并没有起到任何效果，被围德军的防线越来越小，至1943年1月27日，德军成建制的抵抗几乎停止，苏军开始了消灭残敌的战斗。2月2日，被围德军全部被歼灭，生俘9.1万人，其中包括24名将军。保卢斯在斯大林格勒中心百货公司的地下室内被苏军俘获，他并没有如希特勒所希望的那样选择自杀。2月3日，希特勒宣布全国为在斯大林格勒阵亡的几十万官兵致哀4天，最后还不忘挖苦保卢斯，“他还是没有能够跨进永垂不朽的门槛”。
德军在这次会战中被打死、打伤、被俘和失踪的官兵约150万，占苏德战场总兵力的1/4，从此以后，苏军开始了全面反攻，直至最终攻克柏林。斯大林格勒保卫战的胜利不仅是苏德战争的转折点，也是第二次世界大战的重要转折点之一。
