美軍在北非的登陸標誌着美國正式介入歐洲戰場，整體上德國已經已經開始呈現衰弱的勢態，盟軍將德軍趕出非洲已經是早晚的事情了，戰略上的失敗使得隆美爾再也沒有能夠從突尼斯高地進如北非腹地。

隆美爾的失敗也讓盟軍看到德國的戰略資源出現供應不足的問題，德國人自己何嘗不知道？大量俘虜被送到工廠和農田被迫進行生產和勞作。

德國以一國之力對抗整個歐洲不說，還得抗住美國人、蘇聯人，德國在東線戰場為了對付蘇聯耗費了太多的兵力和資源，使得隆美爾的北非軍團出現補給不足的問題。

從6月28日開始，到7月17日，德軍就逼近了斯大林格勒附近，隨後的兩個月內，蘇德雙方在斯大林格勒附近進行了慘烈的交戰。

1942年9月2日，保盧斯第6集團軍右翼與霍特第4裝甲集團軍左翼在舊羅加奇克地區取得了聯繫。與此同時，德軍第4航空隊出動飛機幾百架，入夜又出動2000架次飛機對斯大林格勒進行狂轟濫炸。

在斯大林格勒城內戰鬥的德軍鑒於斯大林格勒異常嚴峻的形勢，斯大林任命朱可夫為最高副統帥，並決定立即調撥第24、第66集團軍和近衛第1集團軍開赴斯大林格勒。

1942年9月5日拂曉，朱可夫將3個新銳集團軍投入反擊，由於準備倉促。反擊未達到預期目標。當晚，斯大林命令朱可夫繼續衝擊。1942年9月6日，蘇聯紅軍再次發動進攻，再次失敗。1942年9月10日，蘇聯紅軍試圖從北面實施突擊，恢復同第62集團軍的聯繫，又遭到失敗。1942年9月12日，蘇聯紅軍撤至市區圍廓，外圍防禦地帶已全部喪失，德軍突破斯大林格勒城防。從南面突進到伏爾加河。把守衛城市的第62集團軍同戰場上的其他部隊分隔開來。

斯大林格勒會戰中，斯大林格勒方向上的軸心國部隊共有50多個師，其中直接進攻斯大林格勒的有13個師，17萬人。而蘇聯紅軍斯大林格勒方面軍和東南方面軍雖有120個師。但人員缺額嚴重。實際防守斯大林格勒的是第62和64集團軍。共有9萬餘人，1000餘門火炮，120輛坦克。

1942年9月13日。德軍開始攻城。而在此之前，德軍ju-88式轟炸機用燃燒彈將市區炸成廢墟，伏爾加河沿岸對斯大林格勒的水路增援也受到影響。保盧斯第6集團軍擔當主力，從城北實施猛烈突擊。霍特第4裝甲集團軍則從城南推進，策應保盧斯在城北的主攻。蘇聯紅軍崔可夫中將指揮的第62集團軍和舒米洛夫少將指揮的第64集團軍受領了保衛斯大林格勒市區的任務。

1942年9月14日，德軍從城北突入市區，與蘇第62集團軍展開了激烈的巷戰，雙方逐街逐樓逐屋反覆爭奪。斯大林格勒變成了一片瓦礫場，城中80%的居住區被摧毀。在滿是瓦礫和廢墟的城中，蘇聯第62集團軍頑強抵抗，在城中的每條街道，每座樓房，每家工廠內都發生了激烈的槍戰。攻入城中的德軍死傷人數不斷增加。儘管德軍對伏爾加河東岸進行頻繁的轟炸，但是蘇聯紅軍還是從那裡得到了不斷的補給和支持。剛剛趕赴城中的蘇聯紅軍戰士的平均存活時間不超過24個小時，軍官也只有約三天的平均存活時間，太慘烈了，斯大林格勒的巷戰是二戰當中最為慘烈的巷戰。

1942年9月25日，德軍佔領了市中心，1942年9月27日衝進了北部工廠區，並重新佔領了馬馬耶夫高地，但在1942年9月29日又被蘇聯紅軍奪回。以後的戰鬥更加激烈，兩方軍隊不斷地交替佔領這片高地。斯大林格勒工業區修建在丘陵中，建築物用鋼筋混凝土澆築或用石頭砌成。德軍的推進不是用公里，而是用米來衡量。

在9月底和10月初，蘇聯紅軍向斯大林格勒城區調去了6個步兵師和1個坦克旅；德軍則調去了20萬補充部隊，包括90個炮兵營和40個受過攻城訓練的工兵營。

1942年10月份一個月中，斯大林格勒一直進行着激烈的巷戰。德軍逐屋戰鬥，從地面和地下的廢墟中找路前進，所以也被稱為“老鼠戰爭”，有些德軍士兵甚至開玩笑說“即使我們佔領了廚房，仍然需要在客廳進行戰鬥。”

對斯大林來說，是決不能讓這座以自己名字命名的城市落入德軍之手的。他親自下令給葉廖緬科上將，要求在任何情況下都要堅守該城。每一座房屋，只要有蘇聯軍人，哪怕只有一個人，也要成為敵人攻不破的堡壘。

而對希特勒來說，斯大林格勒的精神價值已超過了其戰略價值，非要攻陷它不可，當新任陸軍總參謀長蔡茨勒將軍小心地向他指出第6集團軍北翼漫長的頓河戰線面臨著危險，建議將第6集團軍撤到頓河河曲時，希特勒嚴厲地回答說：“德國士兵到了哪裡，就要守到哪裡！”

經過3個月血腥的戰鬥至1942年11月初，德軍終於緩慢地推進到了伏爾加河岸，並且佔領了斯大林格勒整座城市的80%地區，將留守的蘇聯軍隊分割成兩個狹長的口袋狀，但德軍始終未能完全佔領斯大林格勒。

蘇聯紅軍就在兵工廠外與德軍戰鬥，打壞了的武器立即送到身後的兵工廠，兵工廠工人修復再拿出來作戰，工人就在側旁修復損壞的坦克和其它武器，有的時候甚至就直接在戰場上修理武器。坦克由工廠的工人志願駕駛坦克。這些坦克往往直接從兵工廠的生產線上開到了戰鬥前線，甚至來不及塗上油漆和安裝射擊瞄準鏡。

1942年11月11日，德軍以5個步兵師、2個裝甲師和2個工兵營在寬5公里的正面上發起強攻。戰鬥隊形高度密集。一天之內，蘇德兩軍為爭奪每寸土地、每一座房屋，都進行了異常激烈的戰鬥，雙方傷亡慘重。德軍雖然在街壘工廠以南衝到達了伏爾加河岸，但部隊已疲憊不堪，其攻勢已成強弩之末，保盧斯被迫於次日停止了進攻，修整部隊。蘇聯紅軍的損失同樣嚴重。第62集團軍的兩個師損失了75%的兵員。

據統計。從1942年7月到1942年11月的戰鬥中，德軍在頓河、伏爾加河和斯大林格勒的戰鬥中損失約70萬人，1000餘輛坦克，2000多門火炮。1400餘架飛機。

冬季來臨了。德軍裝甲部隊遇到了可怕的冬季寒潮。許多坦克都發動不了，被迫停在原地。

1942年11月20日，葉廖緬科的斯大林格勒方面軍第51、57、64集團軍也在南部轉入反攻。突破了防衛該地區的羅馬利亞第4集團軍的防線，主要由騎兵組成的羅馬尼亞人迅速被殲滅。此後蘇聯紅軍迅速向北直趨卡拉奇。22日，西南方面軍開始分批渡過頓河。1942年11月23日，西南方面軍和斯大林格勒方面軍在卡拉奇會師，從而完成了對斯大林格勒的包圍。至1942年11月30日，蘇聯紅軍3個方面軍將德第6集團軍的5個軍22個師，羅馬尼亞和意大利部隊以及部分克羅地亞軍隊共約27萬人合圍在斯大林格勒1500平方公里的地域內，第6集團軍只有約5萬人的部隊被分割在包圍圈之外。