“闪电战”美梦的破灭，使德军无力在苏德战场上发动全面进攻，希特勒被迫采取重点进攻的战略，他把眼光盯上了斯大林格勒。
希特勒的如意算盘是先夺取斯大林格勒，占据这个重要战略要地和战略物资基地，然后由此北进莫斯科，对莫斯科形成夹击之势。
为减轻斯大林格勒方面的压力，9月3日早晨，苏联第一集团军发起了反攻，但是只前进了几千米就受到德军的有力阻击而被迫停了下来。
德军用在斯大林格勒方向的兵力有50多个师，他们拥有500辆坦克、1700门大炮和迫击炮。在市区争夺战中，德军在兵力和武器上是占优势的。
很快，争夺市区的激战达到白热化的程度，德军不顾一切，一步步向市中心逼近。苏军似乎有些支持不住了，兵力每时每刻都在减少。但是由于苏军在斯大林格勒人民群众的支援和配合下，战斗意志无比坚强，只要德军一向前推进，就要受到顽强的阻击并付出沉重的代价。
经过连续13天的战斗，德军在9月25日占领了市南和市中心的部分地区，并且前进到伏尔加河河南，几乎每一个渡口都被德军强大的火力控制着，斯大林格勒变成了一个大战场，历史上规模最大的巷战在这里展开了。
而随着时间的拖延，敌人的补给将越来越困难，恶劣的天气也将给他们造成极大的困难。
10月中旬，当德军的进攻陷于停顿之时，斯大林格勒前线各方面军接到命令，停止一切具有攻势的作战行动，命令中详细地讲述了如何安排冬季的防御，如何构筑工事、如何在支撑点储备粮食、弹药等。与此同时，苏军正在秘密地把部队不断调往准备实施突击的方向。
1942年11月19日7时30分，隆隆的炮声宣告了西南方面军和顿河方面军开始进攻德军，从此揭开了苏军大反攻的序幕。
苏军于1943年1月10日以5000门大炮轰击包围圈内的德军，随后坦克和步兵发起迅猛的冲锋。德军由退却变成了无命令的逃跑，沿途丢下成千上万的尸体被风雪和炮灰所掩埋。不到6天，德军的阵地又缩小了一半。
到1月25日，德军被击毙、击伤和被俘者已超过了10万人。苏军又把包围圈缩小到南北长20千米、东西宽35千米的地段上。
2月2日，被围德军全部投降和被歼灭，历时200天的斯大林格勒大会战以苏联红军的英勇胜利而告终。斯大林格勒会战标志着苏德战争的转折，也标志着第二次世界大战的转折。从此，苏军开始进入战略反攻阶段，德军则逐步走向灭亡。