在解决刻赤半岛的苏军等后顾之忧后，7月月中，德军终于开始了大规模军事行动，从哈尔科夫附近的集结地域向罗斯托夫和斯大林格勒实施突击。7月21日，德军第6集团军向斯大林格勒挺进，7月26日，罗斯托夫已危如累卵，斯大林格勒西面也展开了激战，7月28日，红军从罗斯托夫撤退，7月30日，轴心国约有三十个师向斯大林格勒进逼。其中包括意大利的第8集团军和罗马尼亚的第3集团军的各个师。
此后斯大林格勒战役正式开始，从1942年7月中旬一直持续到1943年1月底。整个战役大体可以分为两个阶段，即保卫斯大林格勒阶段和反攻阶段。
保卫斯大林格勒阶段，从1942年7月中旬一直延续到11月8日。刚开始战斗主要是在顿河河套地区进行的。从8月5日到8月18日，德军一方面从西面和西北方面向斯大林格勒进攻，同时从南面进行迂回包围。从8月19日到9月3日这段期间，德军从斯大林格勒北面突破到伏尔加河，形成了一个五英里宽的突出部的时候，同时苏军防御部队撤进了斯大林格勒市内。在9月4日到9月13日之间，德军在斯大林格勒南面也突破到伏尔加河，把守卫城市的第62集团军同战线上的其他部队分隔开来。最后，从9月13日到11月18日这段期间，双方在斯大林格的市内进行了殊死的战斗。
第二阶段，苏联开始反攻，截止11月19日，苏联西南方面军和顿河方面军已经在伏尔加河岸集结了五十万重兵，配备了九百辆崭新的t－34型坦克，二百三十个炮兵团和一百一十五个威力巨大的卡秋莎火箭炮团，他们于19日当天开始反攻。11月20日，城市内防守的斯大林格勒方面军也开始反攻。苏联反攻在一条二百五十英里长的正面上展开，钳形推进合围出一个半径约为六十英里的地区。同时突破轴心**队的防御后，沿着两条向心线，朝着卡拉奇和苏维埃斯基前进，切断德军部队同它们的大部分预备队和补给基地的联系，截断其交通线。苏军部队只用了四天时间便封闭了对德军第6集团军和坦克第4集团军的合围圈，共合围敌军二十二个师，约三十三万人。
得知军队被包围后，希特勒命令第六集团军司令保卢斯死守，并急令他最得力的元帅曼施坦因增援保卢斯。由十五万德军组成的增援军团，带着三千吨物资和一支庞大的车队急匆匆地向斯大林格勒扑了过来。到12月19日日终，德军坦克第57军越过了耶绍洛夫阿克赛河，继续向北推进到斯大林格勒的最后一条天然屏障——米什科瓦河。离合围圈的南部正面只有三十英里的德军先头部队，成功地在河北岸占领了一个桥头堡。先头部队从这里能够看见斯大林格勒周围炮火的闪光。看来它们有可能获得成功，但需要第6集团军能够从内线发动进攻，
但希特勒严令保卢斯不准突围，要“坚守到复活节，援兵到后重新进攻，彻底占领斯大林格勒”。接到元首的此项命令，保卢斯严格执行了这道命令，结果就是整个第六集团军坐以待毙。所以，对于突围一事，第六集团军根本没有进行内外配合的意愿和想法，从这点上也可以看出保卢斯对于希特勒命令的遵从（雅迪蔚蓝评价语）。
