戰役進程
1942年7月17日，蘇德雙方在斯大林格勒接近地展開了激烈的交戰，會戰正式開始。德軍第6集團軍在保盧斯上將指揮下，以第8步兵軍和第14裝甲軍為北突擊集團，以第51步兵軍和第24裝甲軍為南突擊集團，突擊蘇軍62集團軍防禦實施包圍，向卡拉奇方向發展進攻。同時，以部分兵力向蘇軍第64集團軍發起佯攻，以吸引蘇軍的注意力。7月23日，德軍突破蘇軍第62集團軍右翼防線，合圍了該集團軍的2個師，前出到斯大林格勒西麵的頓河河岸。7月25日，德軍對由蘇軍第64集團軍的右翼陣地發起攻擊，企圖在卡拉奇附近強渡頓河。次日，蘇64集團軍被迫退過頓河。斯大林再也按捺不住對年邁的鐵木辛哥元帥的失望，撤消了他斯大林格勒方麵軍司令員的職務，由第64集團軍司令戈爾多夫中將接任，並派總參謀長華西列夫斯基上將作為最高統帥部代表前往斯大林格勒協助指揮戰事。斯大林還決定將預備隊的坦克第1和第4集團軍火速調往斯大林格勒地域。隨後，為了增強斯大林格勒守軍的鬥誌，斯大林於7月28日發布了第227號命令，凡是不服從命令而離開戰鬥崗位或者撤退的軍人都將被槍斃，並嚴厲要求蘇軍部隊“絕對不許後退一步！”德第6集團軍由於缺少裝甲兵力的支援，被迫轉入防禦態勢。德軍在行進間占領斯大林格勒的計劃被粉碎。但此時頓河西岸蘇軍的處境非常困難，兩翼都陷入了德軍包圍。
28日，蘇軍從羅斯托夫撤退。
7月30日，希特勒又作了一個影響命運的決定。他宣布：“因為高加索的命運是將要在斯大林格勒決定，所以由於這個會戰的重要性，遂有從A集團軍群抽調兵力以增強B集團軍群之必要。”於是，霍特的第4裝甲集團軍又歸還給B集團軍群，並於8月1日奉命沿科捷爾尼科沃——斯大林格勒鐵路向東北方向進攻，並於當天迅速突破了蘇第51集團軍的防線，占領了蒙特納亞。8月3日，霍特攻占了科捷爾尼科沃，接著又於5日突破了蘇第64集團軍的防禦，前出到阿勃加涅羅沃地域，但之後由於蘇軍的抵抗和反擊變得越來越頑強，舉步維艱的霍特隻好放棄了獨立攻占斯大林格勒的想法，於8月9日轉入守勢。
與此同時，蘇軍也對自己的編製進行了相應調整。8月5日，蘇軍最高統帥部決定將斯大林格勒方麵軍改組為東南、斯大林格勒兩個方麵軍，由華西列夫斯基上將統一指揮。東南方麵軍由葉廖緬科上將指揮，編成內有第64、第57、第51集團軍，以及坦克第1集團軍、坦克第13軍和空軍第8集團軍。斯大林格勒方麵軍仍由戈爾多夫中將指揮，編成內有第21、第62、第63集團軍，以及坦克第4集團軍、坦克第28軍和空軍第16集團軍。
8月19日，保盧斯和霍特重新發起了進攻。保盧斯第6集團軍從斯大林格勒西北麵的特列赫奧斯特羅夫卡亞向東南攻擊，22日突破蘇第62集團軍在韋爾加奇和彼斯科瓦特卡地段的防線，強渡頓河，占領了卡拉奇，23日第14裝甲軍推進到斯大林格勒北郊的葉爾佐夫卡地域，前出到伏爾加河，將蘇第62集團軍與斯大林格勒方麵軍主力分割開來。霍特第4裝甲集團軍從南麵的阿勃加涅羅沃地區向北進攻，突破了蘇第64集團軍的防禦，29日進至城南的加夫裏洛夫卡地域，其前鋒已前出到京古塔車站。9月2日，保盧斯第6集團軍右翼與霍特第4裝甲集團軍左翼在舊羅加奇克地區取得了聯係。與此同時，德軍第4航空隊出動飛機幾百架，入夜又出動2000架次飛機對斯大林格勒進行狂轟濫炸。
鑒於斯大林格勒異常嚴峻的形勢，斯大林任命朱可夫為最高副統帥，並決定立即調撥第24、第66集團軍和近衛第1集團軍開赴斯大林格勒。8月29日，朱可夫飛到斯大林格勒並著手組織第24、第66集團軍和近衛第1集團軍的反擊行動。9月3日，斯大林致電朱可夫要求立即對斯大林格勒進行突擊，以緩解當地緊張局勢。
9月5日拂曉，朱可夫將3個新銳集團軍投入反擊，由於準備倉促，反擊未達到預期目標。當晚，斯大林命令朱可夫繼續衝擊。9月6日，蘇軍再次發動進攻，再次失敗。9月10日，蘇軍試圖從北麵實施突擊，恢複同第62集團軍的聯係，又遭到失敗。9月12日，蘇軍被迫撤至市區圍廓，外圍防禦地帶已全部喪失，德軍突破斯大林格勒城防，從南麵突進到伏爾加河，把守衛城市的第62集團軍同戰場上的其他部隊分隔開來。
在高加索方向，利斯特A集團軍群正在以高速前進。8月9日，克萊斯特第1裝甲集團軍占領了邁柯普油田。8月22日，克萊斯特的士兵在海拔18526英尺的厄爾魯斯山峰上升起了第三帝國的“卍”字旗。8月25日，克萊斯特部又攻占了莫茲多克，距格羅茲尼四周的蘇聯最大產油中心隻有50英裏，距裏海也隻有100英裏。8月31日，希特勒要求A集團軍群司令利斯特元帥傾其所有的力量向格羅茲尼作最後進攻，盡快拿下油田。但德軍衝擊力迅速下降，進展緩慢。9月9日，希特勒免去了利斯特元帥的A集團軍群司令的職務，由第1裝甲集團軍司令克萊斯特上將接任，第1裝甲集團軍司令則由麥肯森將軍繼任。克萊斯特上任後，雖然竭盡全力，也無法再前進一步。因為衝擊力喪失的主要原因是缺乏燃油。
9月12日，希特勒從東普魯士飛抵烏克蘭的文尼察，召見了B集團軍群司令魏克斯上將和第6集團軍司令保盧斯上將，命令他們於9月13日對斯大林格勒發起新的進攻，並決定從高加索方向抽調9個師加強給第6集團軍。
斯大林格勒方向上的軸心國部隊共有50多個師，其中直接進攻斯大林格勒的有13個師，17萬人。而蘇軍斯大林格勒方麵軍和東南方麵軍雖有120個師但人員缺額嚴重，實際防守斯大林格勒的是第62和64集團軍，共有9萬餘人，1000餘門火炮，120輛坦克。
9月13日，德軍再一次向斯大林格勒發起進攻。保盧斯第6集團軍擔當主力，從城北實施猛烈突擊。霍特第4裝甲集團軍則從城南推進，主要任務是策應保盧斯在城北的主攻。蘇軍崔可夫中將指揮的第62集團軍和舒米洛夫少將指揮的第64集團軍受領了保衛斯大林格勒市區的任務。
14日，德軍從城北突入市區，與蘇第62集團軍展開了激烈的巷戰，雙方逐街逐樓逐屋反複爭奪。斯大林格勒變成了一片瓦礫場，城中80%的居住區被摧毀。在滿是瓦礫和廢墟的城中，蘇聯第62集團軍頑強抵抗，城中的每條街道，每座樓房，每家工廠幾乎都發生了激烈的槍戰。攻入城中的德軍死傷人數不斷增加。盡管德軍對伏爾加河東岸進行頻繁的轟炸，但是蘇軍還是從那裏得到了不斷的補給和支持。剛剛趕赴城中的紅軍戰士的平均存活時間不超過24個小時，軍官也隻有約三天的平均存活時間。德軍的主要戰術是各兵種聯合作戰，非常重視步兵、工程部隊、炮兵和空軍的地麵轟炸的協調。為了對抗這種戰術，蘇軍指揮官采取了貼身緊逼的策略，盡量將己方的前線與德軍貼近。這樣導致了德軍的炮兵部隊無法發揮遠程攻擊的優點。
9月15日，德軍對馬馬耶夫高地實施重點突擊。該高地是斯大林格勒城中的製高點，從這裏可以俯瞰和控製全城，崔可夫中將的第62集團軍司令部即設在這裏。經過一天極為殘酷的戰鬥，德軍占領了馬馬耶夫高地。但在16日，蘇近衛第13師渡過伏爾加河進入斯大林格勒，並突然向德軍發起反衝擊，又奪回了該高地。很多重要據點雙方進行了反複爭奪，其中第一火車站的爭奪戰達一周之久。德軍不顧一切，一步步向市中心逼近。
9月25日，德軍占領了市中心，27日衝進了北部工廠區，並重新占領了馬馬耶夫高地，但在29日又被蘇軍奪回。以後的戰鬥更加激烈，兩方軍隊不斷地交替占領這片高地。斯大林格勒工業區修建在丘陵中，建築物用鋼筋混凝土澆築或用石頭砌成。德軍的推進不是用公裏，而是用米來衡量，德第6集團軍的一位叫漢斯·德爾的軍官在《進軍斯大林格勒》一書中寫到：“敵我雙方為爭奪每一座房屋、車間、水塔、鐵路路基，甚至為爭奪一堵牆、一個地下室和每一堆瓦礫都展開了激烈的戰鬥。其激烈程度是前所未有的。”對火車站反複爭奪達13次之多。在一個大糧食倉庫裏，兩軍的士兵非常接近，甚至能夠聽到對方的呼吸聲，經過數個星期的苦戰，德軍不得不從這個倉庫撤走。在城中的另一個部分，由揚科夫·巴甫洛夫指揮的一個小分隊（共計6人）占據了城中心的一座公寓樓，並頑強地進行抵抗。士兵們在大樓附近埋設了大量地雷，並在窗口安設了機槍，還將地下室的隔牆打通以便通訊。這座頑強的堡壘後來被蘇聯人驕傲地稱為“巴甫洛夫大樓”（最後僅剩一堵牆還留到現在，上麵雕刻著士兵抵抗的畫麵，右上角刻著58以表明他們6人堅守了58天）。