“閃電戰”美夢的破滅，使德軍無力在蘇德戰場上發動全麵進攻，希特勒被迫采取重點進攻的戰略，他把眼光盯上了斯大林格勒。
希特勒的如意算盤是先奪取斯大林格勒，占據這個重要戰略要地和戰略物資基地，然後由此北進莫斯科，對莫斯科形成夾擊之勢。
為減輕斯大林格勒方麵的壓力，9月3日早晨，蘇聯第一集團軍發起了反攻，但是隻前進了幾千米就受到德軍的有力阻擊而被迫停了下來。
德軍用在斯大林格勒方向的兵力有50多個師，他們擁有500輛坦克、1700門大炮和迫擊炮。在市區爭奪戰中，德軍在兵力和武器上是占優勢的。
很快，爭奪市區的激戰達到白熱化的程度，德軍不顧一切，一步步向市中心逼近。蘇軍似乎有些支持不住了，兵力每時每刻都在減少。但是由於蘇軍在斯大林格勒人民群眾的支援和配合下，戰鬥意誌無比堅強，隻要德軍一向前推進，就要受到頑強的阻擊並付出沉重的代價。
經過連續13天的戰鬥，德軍在9月25日占領了市南和市中心的部分地區，並且前進到伏爾加河河南，幾乎每一個渡口都被德軍強大的火力控製著，斯大林格勒變成了一個大戰場，曆史上規模最大的巷戰在這裏展開了。
而隨著時間的拖延，敵人的補給將越來越困難，惡劣的天氣也將給他們造成極大的困難。
10月中旬，當德軍的進攻陷於停頓之時，斯大林格勒前線各方麵軍接到命令，停止一切具有攻勢的作戰行動，命令中詳細地講述了如何安排冬季的防禦，如何構築工事、如何在支撐點儲備糧食、彈藥等。與此同時，蘇軍正在秘密地把部隊不斷調往準備實施突擊的方向。
1942年11月19日7時30分，隆隆的炮聲宣告了西南方麵軍和頓河方麵軍開始進攻德軍，從此揭開了蘇軍大反攻的序幕。
蘇軍於1943年1月10日以5000門大炮轟擊包圍圈內的德軍，隨後坦克和步兵發起迅猛的衝鋒。德軍由退卻變成了無命令的逃跑，沿途丟下成千上萬的屍體被風雪和炮灰所掩埋。不到6天，德軍的陣地又縮小了一半。
到1月25日，德軍被擊斃、擊傷和被俘者已超過了10萬人。蘇軍又把包圍圈縮小到南北長20千米、東西寬35千米的地段上。
2月2日，被圍德軍全部投降和被殲滅，曆時200天的斯大林格勒大會戰以蘇聯紅軍的英勇勝利而告終。斯大林格勒會戰標誌著蘇德戰爭的轉折，也標誌著第二次世界大戰的轉折。從此，蘇軍開始進入戰略反攻階段，德軍則逐步走向滅亡。