Взятие Сталинграда открывало бы немцам массу возможностей по развитию наступления вглубь советской территории. Занятый город обеспечивал бы не только контроль над одной из главных транспортных артерий страны, но и открывал доступ ко всей южной части Союза с большими залежами нефти так необходимой германской армии и промышленности.
Командование СССР на волне успеха под Москвой в июне 1942 года старалось развить наступление, перейдя в атаку на Харьков, но потерпело поражение. Красная армия также не добилась успехов при обороне Воронежа и в результате южный фронт отказался прорван в нескольких местах, а дороги к Волге открыты.
В мае 1942 года Гитлер разделил группу армий «Юг» на два направления. Группа армий «А» получила приказ продолжить наступление на Северный Кавказ. Группа армий «Б», включающая 6-ю армию Фридриха Паулюса и 4-ю танковую армию Германа Гота, должна была двигаться на восток, по направлению к Волге и Сталинграду.
В июле, когда немецкие намерения стали совершенно ясны, советское командование разработало планы по обороне Сталинграда. Для создания нового фронта обороны советским войскам после выдвижения из глубины приходилось с ходу занимать позиции на местности, где отсутствовали заранее подготовленные оборонительные рубежи.
Большинство соединений Сталинградского фронта представляли собой новые формирования, которые ещё не были должным образом сплочены и, как правило, не имели боевого опыта. Ощущался острый недостаток в истребительной авиации, противотанковой и зенитной артиллерии. Во многих дивизиях не хватало боеприпасов и автотранспорта.
Это вылилось в ряд ощутимых поражений в самом начале сражения. Так 23 июля на подступах к городу 3 советские дивизии попали в окружение и, понеся потери, сдались в плен.
К концу августа немцы подошли к Сталинграду и начались продолжительные городские бои, сопровождавшиеся огромными потерями с обеих сторон. Не меньше пострадало и гражданское население: из 400 тысяч к началу битвы было эвакуировано только 100 тысяч человек. Горожан, включая женщин и детей, активно привлекали к обустройству позиций и только к 24 августа ставка издала указ об эвакуации на другой берег женщин, детей и раненых.
Немецкое продвижение было остановлено только во второй половине ноября 1942 года, а к январю 1943-го их положение начало напоминать катастрофу. Помимо сражений за каждый дом, солдаты противника страдали от особенно сильных морозов, голода из-за перебоя с поставками и болезней, передающихся через расплодившихся крыс. Подобные проблемы были и с советской стороны, но РККА спасал прочный тыл и отсутствие серьезных проблем с логистикой.
Ежесуточно Красная армия теряла больше 5700 человек, а общие санитарные и безвозвратные потери превысили 1 129 000 солдат.
Левобережный Сталинград был почти целиком уничтожен. От постоянных налётов авиации, артобстрелов и уличных боев город превратился в руины и после войны был отстроен практически заново.
Только во время наступления немцы и их союзники потеряли более 800 тысяч человек, а к концу сражения безвозвратные потери составили около 1,5 миллиона солдат. После окружения в плен попал и Фридрих Паулюс, получивший незадолго до окончательного поражения звание фельдмаршала. Позже Паулюс выступит одним из ключевых свидетелей советской стороны обвинения в Нюрнберге.