1942年夏季德军向斯大林格勒推进，这一消息开始在城中广为流传，为了杜绝出现城市将沦陷的谣言，斯大林禁止平民潜逃和疏散。面对德军的来袭，苏军依旧在积极布防，军工厂日夜不停地生产可以投入到战争中的武器炮弹，青年被紧急地编入了民兵部队中，而妇女儿童也投入到了挖掘战壕和防御工事的劳动中，甚至还有很多妇女参加了防空炮部队以补充兵源的不足。

在该年8月末的时候，斯大林命令朱可夫前往南部前线巡视，斯大林给予他的任务是必须保证南部前线的万无一失。同时斯大林也认命了苏军顶级将领崔可夫为第六十二军总司令，负责斯大林格勒的市区防务。

直到该年9月12日，德军的先头部队抵达斯大林格勒城外，斯大林格勒战役正式打响。面对德军的入侵，斯大林格勒城内的军民可以说是全部参与到抵抗作战之中，但德军的攻势十分凶漠，很快就攻入了斯大林格勒的市区，双方正式迎来了惨烈的巷战。

在空中有德国空军的轰炸，在地面有德军巨炮的炮击，配合着精锐的德军部队，从9月到10月中旬，德军一度节节胜利，很快就站在了全面胜利的边缘。但斯大林格勒中负责守卫的苏军并没有失去抵抗的意志。相反，他们始终坚守着斯大林格勒北面的区域，在苏军损失越加增大的同时，德军的部队也消耗严重。

面对苏军持续性的顽强抵抗，德军显得极其痛苦，双方在10月末陷入了僵持。但进入到11月，苏军开始实施反攻，朱可夫和崔可夫联动性地对德军发动反击战，仅仅一个礼拜的时间两支军队便顺利会师，斯大林格勒也被切割成为了两半。此时局势瞬间逆转，德军指挥官保卢斯不得不向希特勒请求批准撤退。

可面对保卢斯的撤退请求，希特勒却做出了立马回绝，让保卢斯坚决抵抗，并且保证会给予其支援。希特勒的支援分成两个部分，一个是让曼施坦因率领部队去救援，一个为保卢斯提供空中支援。

但由于苏军早已经形成了包围圈，古德里安虽然多次试图冲入包围圈，瓦解苏军的包围线路，以此来解救保卢斯，可多次尝试无果，最终只能眼睁睁地看着苏军的包围收缩。

而希特勒的空中支援此时也显得极其无力，在损失了数百架运输机后，最终也只给保卢斯送去极少数的军用物资。就这样，在燃料、枪支弹药和饥荒的困难加剧下，保卢斯遭遇了四面受敌的困境，逼不得已，保卢斯最终只能向苏军投降。而保卢斯的投降也就宣告了德军进攻斯大林格勒战役的失败，这场失败也成为苏德战争中重要的转折点。