1942年上半年，由于莫斯科戰役的勝利，使希特勒在歐洲戰場上的"閃擊戰"戰略徹底破產，加上國際反法西斯陣線各個同盟國之間的相互支持與合作，世界反法西斯戰爭渡過了最困難的時期，開始進入到戰略轉折時期，即反法西斯同盟由戰略防御轉為戰略反攻和戰略進攻；法西斯軸心國集團則由戰略進攻變為戰略防御和戰略退卻，敵我雙方力量的對比和整個戰爭態勢發生了根本性的變化。
盡管如此，希特勒仍然不甘心于失敗，企圖利用在蘇德戰場上還暫時占據的軍事上的優勢地位，再次對蘇聯發動大規模的軍事進攻。希特勒的軍事進攻目標是：在北方最終占領列寧格勒，在南方突入高加索。這樣一來，斯大林格勒便成為這次軍事進攻的首要戰略目標。
斯大林格勒原名察里津，位于伏爾加河下游，是蘇聯南部最重要的工業中心，南北交通的樞鈕，具有重要的戰略地位。希特勒把對蘇聯進攻的希望寄托在占領斯大林格勒戰役上。他認為：占領了斯大林格勒，南可以切斷高加索地區同蘇聯中部的聯系，奪取豐富的石油資源，繼而迂回東北，包抄莫斯科，進取西伯利亞。為此侵略目的，德國軍隊作了充分的戰斗準備，在蘇聯南部六七百公里長的戰線上部署了兩個集團軍群，達150萬左右的兵力。其中，由利斯特元帥指揮的"A"集團軍群部署在高加索一線，共計43個師；由包克元帥指揮的"B"集團軍群部署在斯大林格勒正面的奧廖爾至哈爾科夫一線，共71個師。同時，德國軍隊還調集了1200輛坦克和強擊大炮，1.7萬余門火炮和迫擊炮，1640架飛機，投入到斯大林格勒戰役中。
1942年5月，德軍開始進攻刻赤和塞瓦斯波托爾，遇到蘇軍的頑強抵抗。但是，蘇軍由于在兵力、兵器上的不足，雖然經過激烈戰斗，大量殺傷德國軍隊，終因寡不敵眾，蘇聯最高統帥部只得下令蘇軍轉入戰略防御。德軍占領了刻赤、塞瓦斯波托爾和哈爾科夫。
蘇聯為反擊德國軍隊對斯大林格勒的進攻，于1942年7月12日，由蘇軍最高統帥部決定成立了以西南方面軍為基礎的斯大林格勒方面軍，鐵木辛哥元帥擔任方面軍司令員(7月23日起由戈爾多夫中將擔任）。這時，蘇軍能與德軍對抗的兵力約16萬人，火炮和迫擊炮2000門，坦克400輛，飛機454架。根據德軍在兵力、兵器方面占有很大優勢的狀況，蘇軍制訂了頑強防御、待機殲敵的作戰的方針，沿頓河、伏爾加河構筑了縱深60公里的四道防御圍廊，隨時準備把進犯斯大林格勒的敵人就地殲滅。從1942年7月17日至11月8日，斯大林格勒戰役蘇軍處于防御地位。
7月17日，德軍越過頓河下游向斯大林格勒大舉進攻，由此，斯大林格勒會戰開始。8月23日，強行渡過頓河的德軍又在斯大林格勒以北的伏爾加河地區把斯大林格勒方面軍分割成兩部分，對斯大林格勒構成了嚴重的威脅。德軍出動大批飛機，在斯大林格勒上空投下上百萬顆炸彈，使市內建筑無一完好，斷電斷路，城市成為一片廢墟。但是，英勇的斯大林格勒全體軍民絕不甘屈服，他們響應斯大林發出的"不讓敵人前進一步，用一切力量消滅敵人"的戰斗號召，立下"保衛城市，保衛家鄉"的誓言，短短幾天的時間里，就有包括共產黨員和共青團員在內的一萬多人志愿參加了戰斗。在斯大林格勒軍民的殊死抵抗下，使德軍損失慘重。9月13日—15日，德軍又一次向斯大林格勒市區發動了猛烈的攻擊，蘇聯軍民對每一個街區、每棟樓房、每個樓層都進行了寸土不讓的抵抗，尤其是近衛步兵第13師中士巴甫洛夫率領24名士兵和30多名居民，在"一.九"廣場(現列寧廣場）附近的一棟樓房里堅守了長達58天的時間，始終沒讓德軍攻下。11月中旬，德軍在一次比一次更瘋狂的進攻下，雖然已經占領了斯大林格勒市區的大部分地區，但是，也已經精疲力竭，死傷近70萬人，同時損失2000多門火炮和迫擊炮、1000余輛坦克和強擊火炮，1400架飛機。德軍元氣大傷，基本失去了猛烈進攻的能力，只得逐步轉入戰略防御。而進攻高加索油田的德軍也出師不利，被困在高山與堅城之下，欲進不能，欲退不得，使德軍占領斯大林格勒的計劃趨于破產。
1942年11月19日晨，蘇軍按照最高統帥部的作戰部署開始反攻，由此進入了圍殲敵軍集團的戰略性反攻。這次反攻的目標是：收復卡拉奇城，并肅清斯大林格勒正面的敵人。為此，蘇軍調集的主要兵力包括三個方面軍：瓦杜丁中將任司令員的西南方面軍(1942年10月組建），轄近衛第一集團軍、坦克第五集團軍、第21集團軍和空軍第17集團軍；羅科索夫斯基中將任司令員的頓河方面軍，轄第65、24、66集團軍和空軍第16集團軍；葉廖緬科上將任司令員的斯大林格勒方面軍，轄第62、64、57、51、28集團軍和空軍第8集團軍，總兵力達110余萬人，火炮和迫擊炮1.5萬門，坦克和自行火炮1463輛，作戰飛機1350架。
11月19日，蘇軍首先由西南方面軍和頓河方面軍對德軍發起攻擊。第一天，西南方面軍就攻破了敵軍的防御，殲滅德軍兩個縱隊。11月23日，解放了卡拉奇。與此同時，斯大林格勒方面軍也從斯大林格勒南部向卡拉奇推進，與西南、頓河兩個方面軍會合，很快形成了對駐扎在頓河與伏爾加河之間的33萬德軍的鉗形包圍圈。在希特勒"死守待援"命令的威逼和空投物資許諾的誘惑下，被包圍的德軍拒絕投降，并企圖突圍。德軍統帥部為解第六集團軍被圍之急，緊急組建了頓河集團軍群，計劃從陸上開辟一條通道，幫助第六集團軍脫離險境。在頓河集團軍群指揮曼施泰因的率領下，救援敵軍曾一度推進到距斯大林格勒只有40公里的地方。據此情況，蘇聯最高統帥部決定改變作戰計劃，把進攻重點轉到了頓河集團軍群，首先從后側進行包抄，殲滅了意大利第8集團軍，迫使德軍不得不放棄救援計劃。12月29日，蘇軍解放了科捷爾尼科沃，徹底粉碎了被圍敵軍等待救援的夢想。
1943年1月18日，蘇軍發起全線進攻，勢如破竹，銳不可擋，將由鮑盧斯率領的被圍德軍分割成南北兩個集團，南部德軍于1月31日被徹底擊潰，剛剛被希特勒提拔為元帥的鮑盧斯被迫宣布無條件投降。北部德軍負隅頑抗，于2月2日在斯大林格勒近郊被蘇軍殲滅。至此，歷時半年之久的斯大林格勒會戰以蘇軍的勝利宣告結束。
斯大林格勒會戰中，德軍共損失兵力150萬人，相當于其在蘇德戰場總兵力的1／4，同時還損失了2000輛坦克和強擊火炮，1萬多門火炮和迫擊炮，3000架戰斗機和運輸機，德軍受到致命的打擊，元氣大傷，蘇德戰場的主動權開始轉到了蘇軍手上。
斯大林格勒會戰的勝利，是第二次世界大戰中蘇德戰場上的一個重要的戰略轉折點，也對整個第二次世界大戰的進程產生了重大影響。德軍的慘敗使部隊將士的情緒急劇低落，對戰爭前途充滿了悲觀情緒。軸心國集團內部也危機四伏，意大利、日本、匈牙利、羅馬尼亞、芬蘭、土耳其等國對德國的信任感大大下降，不愿繼續聽從希特勒的擺布；日本政府在斯大林戰役剛剛結束，就朝德國頭上大潑冷水，表示無法支援德軍作戰；羅馬尼亞、匈牙利也各自尋找借口，拒絕德國增派軍隊的要求。1943年，同德國保持著外交關系的國家由蘇德戰爭前夕的40個減少到22個，還有許多國家正準備同德國斷絕外交關系。
斯大林格勒會戰的勝利，也提高了蘇聯的國際威望，加強了國際反法西斯聯盟國家之間的合作和團結。在會戰過程中和會戰結束后，蘇聯陸續同澳大利亞、古巴、埃及、哥倫比亞等國建立了外交關系，還同盧森堡、墨西哥、烏拉圭等國恢復了外交關系。斯大林格勒會戰結束后，歐、亞各國人民迅速掀起了抵抗法西斯運動的新高潮。德國、意大利、保加利亞、羅馬尼亞和匈牙利等軸心國家的人民反法西斯運動也蓬勃開展起來。第二次世界大戰進入到一個新的階段。
