斯大林格勒位于伏尔加河下游西岸，原名察里津，是苏联内河航运干线伏尔加河的重要港口，又是苏联南方铁路的枢纽和重要工业城市。希特勒妄图迅速占领斯大林格勒，以便夺取巴库的油田、顿巴斯的煤炭、库班的粮食，切断南方对莫斯科粮食和燃料的供应。然后以此为据点挥师北伐莫斯科，南出波斯进而向西伯利亚侵犯。
德军一旦占领此地，还可进一步染指中东，印度洋，打开德日联系的通道。斯大林格勒无论在政治上、军事上和经济上都有十分重要的战略地位，得失会影响整个战局，苏德双方在这里共投入兵力200万以上，进行了一场为时160天的举世瞩目的激烈争夺战。
由于苏联最高统帅部对德军进攻方向再次判断错误，加上苏军在南线作战失利，苏联又一次面临险境。
1942年7月17日，德军在顿河河曲发动外围攻势，伟大的斯大林格勒保卫战拉开了序幕。德军以鲍卢斯将军率领的第6军团和霍特将军的第4坦克集团军开路，凭借优势的兵力和精良的武器装备不断突破苏军的防线。苏军在防御作战中，歼灭了大量德军，保存了自己的有生力量。8月23日，顿河630公里长的防线和顿河与伏尔加河之间工程浩大的防御工事被德军突破。9月13日，德军兵临城下，战斗达到了白热化的程度。斯大林格勒能否守住，令世界人民为之担惊。
德军在进攻市区之始，又从高加索等地调来9个师、1个旅的援军参加强攻。每天派出成千架次飞机轮番轰炸，无数居民惨遭杀害，工厂、学校、医院、文物古迹均遭严重炸毁。希特勒歇斯底里地狂叫：要把斯大林格勒从地图上抹掉！
然而苏联军民却没有被德国法西斯的气势汹汹所吓倒。苏联最高统帅斯大林无比坚定沉着，以大无畏的精神领导着这次战役，他对以自己名字命名的这座城市的军民发出了“决不后退一步”的号召。斯大林格勒城防委员会要求市民做到“一切能使用武器的人，都起来保卫故乡城市，保卫自己的家园！”斯大林格勒市民同仇敌忾，视死如归，几天内就有75万居民投入战斗。英雄的斯大林格勒军民，决心用自己的生命和鲜血保卫每一寸土地，纷纷发出“为祖国而战，决不后退一步！”的誓言。为守住每一条街道，每一幢房屋，他们同敌人进行了殊死的搏斗。坦克手雅弗昆等3人，单车冲进敌人的坦克群，一举击毁敌人7辆坦克，在自己的坦克中弹起火的生死关头，他们放弃逃生的机会，继续开车冲向敌人阵地，杀伤了大批敌人，最后坦克爆炸，英勇阵亡。近卫军中士巴甫洛夫率领一个战斗小组，死守“一月九日”广场处的一座大楼达2个月之久。他们顶住了敌机的轰炸、坦克的袭击、步兵的射击，楼虽然倒了，但阵地还在他们手里。他们为第13近卫师的防御作战做出了重大贡献，战后重建的这座大楼人们叫作巴甫洛夫大楼。守卫一个高地的11名少数民族战士，阻击着30倍于己的敌人，最后全部壮烈牺牲。后来这个高地被命名为东方民族十一英雄高地。斯大林格勒的居民日以继夜地构筑工事和救护伤员。铁路工人在200天里，就向苏军运送了30万节车皮的军用物资，保证了苏军的战斗给养。
在近两个月的激战中，苏军击退德军700多次冲锋，使德军始终无法攻占全城。苏军背水奋战，寸土必争。
战争进行到11月中旬，天气寒冷了。狂妄的希特勒以为他的闪击战一向速战速决，很快就会攻下斯大林格勒，没想到拖到了冬季。天时地利对德国人更不利了，11月下旬，高加索方面德军的攻势因兵力不足而被阻止。希特勒既没有拿下斯大林格勒，又没有占领高加索，德军陷入了进退两难的境地。而苏军却赢得了时间，为反攻作好准备。苏军积极的防御战术，保存了大批有生力量，德军受到重创，伤亡惨重。进入冬季后，苏军在兵力和武器装备上都开始超过了敌人。在这种有利的形势下，苏联最高统帅部决定组织力量进行大反攻。
1942年11月19日拂晓，苏联2000门大炮齐鸣，以坦克为前导，兵分两路：一路直捣德军的后方，一路南下直取德军集聚点卡拉奇，构成铁钳攻势。23日傍晚，会师于卡拉奇的苏军将德军主力鲍卢斯率领的第6集团军包围在斯大林格勒城下，形成关门打狗之势。希特勒命令冯·曼施泰之师去增援，可是苏军早已埋伏在距斯大林格勒40公里的梅什科瓦河畔，将德国援军阻击，两军无法会师。
鲍卢斯在弹尽粮绝的困境下，请求希特勒允许投降，未获同意。希特勒为了给鲍卢斯打气，于1月30日下令晋升鲍卢斯元帅军衔，给第6军团117名军官每人擢升一级，还给士兵送去28万个铁十字架。希特勒枉费心机，他封官许愿的一系列刺激，对德军挽回败局无济于事。
到1943年2月2日，被围困的德军33万被歼灭，9万被生俘，其中包括鲍卢斯元帅和24名将军。
入侵高加索的德军为了避免重蹈复辙，丢弃已经占领的油田，仓皇撤退，希特勒的南线作战计划彻底破产。
斯大林格勒战役使德军的军事实力受到致命的打击。德军在这次战役中共损失150万人，坦克和强击火炮3500辆，火炮和迫击炮12万门，飞机3000架，德国的精锐部队受到重大消耗。从此希特勒被迫由战略进攻转入防御和退却。这次战役还产生了无比深刻的政治影响，它极大地鼓舞了苏军彻底消灭法西斯的坚定信念，提高了苏联的国际威望，推动了世界各国人民反法西斯斗争的蓬勃发展。这次战役使希特勒在法西斯集团国家中的威信一落千丈。德国的仆从国出现了政治危机感，从此它们开始为摆脱战争而自寻出路。
斯大林格勒保卫战的胜利是苏德战争的转折点，也是世界反法西斯战争的一个转折点。对第二次世界大战的进程具有决定意义的影响。
