1942年春天，蘇軍在鐵木辛哥元帥的率領下進攻烏克蘭重鎮哈爾科夫，遭到德軍反擊包圍，損失慘重，蘇軍被俘20萬。5月，德軍曼施坦因將軍率領第11集團軍攻克刻赤半島，俘獲蘇軍17萬。7月3日，又攻克了克里米亞，占領了黑海邊最重要的要塞港口塞瓦斯托波爾，俘虜了將近10萬蘇軍。

希特勒的“藍色”行動在南線展開：A集團軍群由克萊斯特大將的第1裝甲集團軍和勞夫將軍的第17集團軍組成，撲向高加索，以占領那里的油田;B集團軍群由保盧斯將軍的第6集團軍和霍特將軍的第4裝甲集團軍組成，以鉗形攻勢撲向斯大林格勒。

斯大林格勒，這個伏爾加河畔的工業重鎮，擁有50萬人口，是蘇聯的第三大工業中心，生產出了超過1/4的紅軍坦克和其他機動車輛，具有極其重要的戰略價值。

8月21日，第6集團軍渡過頓河，向斯大林格勒沖去。蘇聯斯大林格勒方面軍領導人葉廖緬科和赫魯曉夫進行了卓有成效的防御工作。他們及時命令62、64兩個集團軍放棄防線后撤，避免了被德軍合圍，又任命崔可夫中將擔任第62集團軍司令。崔可夫是一條硬漢，發誓與斯大林格勒共存亡。

9月14日，德軍攻入城內，兩軍開始了漫長而殘酷的巷戰。雙方爭奪的焦點是馬馬耶夫崗和第一火車站。蘇軍第13近衛步兵師從伏爾加河東岸渡河來援，在師長羅季姆采夫少將的指揮下堅守馬馬耶夫崗，與德軍往返拉鋸。不管德軍如何瘋狂進攻，蘇軍始終屹立在伏爾加河西岸。東岸則不斷把援兵和物資運到西岸。雙方陷入夜以繼日的苦戰，斯大林格勒一片尸山血河，成為人間地獄。

德軍飛機和火炮擊毀了市內大量的建筑，但是這些瓦礫堆卻造成了更加復雜的地形。在這樣的地形中，德軍野戰機動的長處完全得不到發揮，承受了巨大的損失，在9、10月間，平均每天傷亡3000人。而蘇軍則充分發揚了近戰中勇猛靈活的長處，他們分成小組，從窗口、墻角、下水道發動攻擊。城市廢墟是狙擊手的最佳戰場。蘇軍中一名年輕的狙擊手瓦西里·扎伊采夫脫穎而出。他的故事后來被拍成電影《兵臨城下》，為我國觀眾所熟悉。

蘇軍統帥部只給守城部隊最低限度的援兵，讓他們作為吸引敵軍的誘餌，而把大量的生力軍聚集起來，準備更大規模的反擊。由朱可夫大將和總參謀長華西列夫斯基上將制定的巨大反攻計劃，將紅軍主力部隊部署在德軍南部和北部的側翼，展開鉗形攻勢，以圍殲德軍第6集團軍。蘇軍共集結了上百萬軍隊，13541門大炮，900輛坦克和1115架戰機。

11月19日，“天王星行動”開始。蘇軍迅速擊潰了當面的羅馬尼亞軍隊和部分德軍。23日，南北兩支蘇軍進攻部隊在卡拉奇會合，完成了對德國第6集團軍的合圍。保盧斯要求自由行動，也就是突圍，但是希特勒拒絕放棄斯大林格勒，他命令第6集團軍原地死守。空軍元帥戈林向元首保證通過空運給第6集團軍以足夠的給養，事后證明這完全是不切實際的大話。為了解救第6集團軍，希特勒新成立了頓河集團軍群，任命第三帝國最能干的將領——曼施坦因元帥為司令。曼施坦因派霍特第4裝甲集團軍的坦克部隊去援救保盧斯，想要打開一條通道，但是遭到蘇軍的頑強抵抗。而北線的意大利軍隊又被蘇軍擊潰，使霍特的左翼也暴露了。為了避免自己也被包圍，霍特被迫后退。

這樣，包圍圈內的第6集團軍25萬人的命運就決定了。在俄羅斯的冰雪天地中，他們缺衣少食，凍傷、斑疹、傷寒、痢疾造成大量的死亡。由于保盧斯拒絕了蘇軍的勸降，1943年1月10日，蘇軍開始總攻。德軍進行了頑抗，但是無法擺脫覆滅的命運。2月2日，包圍圈內最后一支德軍部隊也投降了。在最后關頭，希特勒授予了保盧斯元帥節杖，意思是要他殺身殉國，因為德國歷史上還沒有一個元帥被俘虜過。但是保盧斯并沒有自殺，他成為了蘇軍的俘虜。第6集團軍全軍覆沒，91000人被俘。

斯大林格勒戰役以蘇軍的勝利告終，這是東線乃至整個第二次世界大戰的轉折點。這個戰役也標志著蘇軍戰略戰術上的巨大進步。經歷了戰爭初期的多次大敗之后，布瓊尼、伏羅希洛夫、鐵木辛哥等過時的將領被淘汰，蘇軍年輕的新一代指揮員成長起來，在交了昂貴的學費之后，他們慢慢從敵人那里學會了閃擊戰的戰術，并以其人之道還治其人之身。