1942年春天，苏军在铁木辛哥元帅的率领下进攻乌克兰重镇哈尔科夫，遭到德军反击包围，损失惨重，苏军被俘20万。5月，德军曼施坦因将军率领第11集团军攻克刻赤半岛，俘获苏军17万。7月3日，又攻克了克里米亚，占领了黑海边最重要的要塞港口塞瓦斯托波尔，俘虏了将近10万苏军。
希特勒的“蓝色”行动在南线展开：A集团军群由克莱斯特大将的第1装甲集团军和劳夫将军的第17集团军组成，扑向高加索，以占领那里的油田;B集团军群由保卢斯将军的第6集团军和霍特将军的第4装甲集团军组成，以钳形攻势扑向斯大林格勒。
斯大林格勒，这个伏尔加河畔的工业重镇，拥有50万人口，是苏联的第三大工业中心，生产出了超过1/4的红军坦克和其他机动车辆，具有极其重要的战略价值。
8月21日，第6集团军渡过顿河，向斯大林格勒冲去。苏联斯大林格勒方面军领导人叶廖缅科和赫鲁晓夫进行了卓有成效的防御工作。他们及时命令62、64两个集团军放弃防线后撤，避免了被德军合围，又任命崔可夫中将担任第62集团军司令。崔可夫是一条硬汉，发誓与斯大林格勒共存亡。
保卢斯
9月14日，德军攻入城内，两军开始了漫长而残酷的巷战。双方争夺的焦点是马马耶夫岗和第一火车站。苏军第13近卫步兵师从伏尔加河东岸渡河来援，在师长罗季姆采夫少将的指挥下坚守马马耶夫岗，与德军往返拉锯。不管德军如何疯狂进攻，苏军始终屹立在伏尔加河西岸。东岸则不断把援兵和物资运到西岸。双方陷入夜以继日的苦战，斯大林格勒一片尸山血河，成为人间地狱。
德军飞机和火炮击毁了市内大量的建筑，但是这些瓦砾堆却造成了更加复杂的地形。在这样的地形中，德军野战机动的长处完全得不到发挥，承受了巨大的损失，在9、10月间，平均每天伤亡3000人。而苏军则充分发扬了近战中勇猛灵活的长处，他们分成小组，从窗口、墙角、下水道发动攻击。城市废墟是狙击手的最佳战场。苏军中一名年轻的狙击手瓦西里·扎伊采夫脱颖而出。他的故事后来被拍成电影《兵临城下》，为我国观众所熟悉。
苏军统帅部只给守城部队最低限度的援兵，让他们作为吸引敌军的诱饵，而把大量的生力军聚集起来，准备更大规模的反击。由朱可夫大将和总参谋长华西列夫斯基上将制定的巨大反攻计划，将红军主力部队部署在德军南部和北部的侧翼，展开钳形攻势，以围歼德军第6集团军。苏军共集结了上百万军队，13541门大炮，900辆坦克和1115架战机。
11月19日，“天王星行动”开始。苏军迅速击溃了当面的罗马尼亚军队和部分德军。23日，南北两支苏军进攻部队在卡拉奇会合，完成了对德国第6集团军的合围。保卢斯要求自由行动，也就是突围，但是希特勒拒绝放弃斯大林格勒，他命令第6集团军原地死守。空军元帅戈林向元首保证通过空运给第6集团军以足够的给养，事后证明这完全是不切实际的大话。为了解救第6集团军，希特勒新成立了顿河集团军群，任命第三帝国最能干的将领——曼施坦因元帅为司令。曼施坦因派霍特第4装甲集团军的坦克部队去援救保卢斯，想要打开一条通道，但是遭到苏军的顽强抵抗。而北线的意大利军队又被苏军击溃，使霍特的左翼也暴露了。为了避免自己也被包围，霍特被迫后退。
这样，包围圈内的第6集团军25万人的命运就决定了。在俄罗斯的冰雪天地中，他们缺衣少食，冻伤、斑疹、伤寒、痢疾造成大量的死亡。由于保卢斯拒绝了苏军的劝降，1943年1月10日，苏军开始总攻。德军进行了顽抗，但是无法摆脱覆灭的命运。2月2日，包围圈内最后一支德军部队也投降了。在最后关头，希特勒授予了保卢斯元帅节杖，意思是要他杀身殉国，因为德国历史上还没有一个元帅被俘虏过。但是保卢斯并没有自杀，他成为了苏军的俘虏。第6集团军全军覆没，91000人被俘。
斯大林格勒战役以苏军的胜利告终，这是东线乃至整个第二次世界大战的转折点。这个战役也标志着苏军战略战术上的巨大进步。经历了战争初期的多次大败之后，布琼尼、伏罗希洛夫、铁木辛哥等过时的将领被淘汰，苏军年轻的新一代指挥员成长起来，在交了昂贵的学费之后，他们慢慢从敌人那里学会了闪击战的战术，并以其人之道还治其人之身。