1942年7月7日，希特勒先后动用150万以上的兵力，对斯大林格勒发动了进攻。希特勒的目的是打算切断伏尔加河，控制高加索，为北上莫斯科打开一条通路。苏联红军在顽强的防御中消灭了入侵的德军，结束了苏德战争中苏军的被动局面，成为第二次世界大战的一个转折点。
1942年4月下旬，苏德两军经过10个月的激战，德军已在莫斯科城下受挫。至此，希特勒打算一鼓作气攻占莫斯科的希望化为泡影。
苏军完成了保卫莫斯科的伟大使命，但是，由于兵力、兵器上的不足，没有能够实现在各个战略方向上的预定反攻。到1942年5月，德军仍然占据着波罗的海沿岸地区、白俄罗斯、乌克兰、摩尔达维亚以及俄罗斯联邦的许多州。苏联失去了乌克兰的农业区、顿巴斯的煤和南方的巨大企业区。列宁格勒仍然没有打破德军的包围，德军距离莫斯科也只有150公里。
然而，整个国际政治军事形势却发生了很大的变化。1941年12月2日，日本军国主义发动了太平洋战争，美国等一糸列国家开始了对德、日的宣战。1943年1月1日，美、英、苏、中等26个国家在华盛顿签署了联合国家宣言，宣告参加联盟的国家与“柏林条约”成员德、意、日及其仆从国处于战争状态，在反对“柏林条约”成员国的战争中承担提供军事和经济资源的义务，不得单独与敌人缔结停战协定和条约。1942年5月26日，苏、英签订了对德作战的同盟条约。6月11日，苏、美缔结了在反法西斯斗争中的互助协定。至此，国际力量对此的变化已使法西斯德国处于不利的地位。
1942年5月，德军开始调兵遣将。他们在苏德战场上投入了620万人的兵力，坦克和强击火炮及迫击火炮3229辆，火炮和迫击炮约57000门，作战飞机3395架。他们准备对苏联发动新的攻势。
德军在莫斯科的失利，是自苏德战争爆发以来第一次受到的不可逾越的阻挡。无奈，希特勒只好放弃全面进攻的计划，而改为重点进攻。
希特勒认为，这个重点要放在能给苏联的战争经济以最严重的破坏，同时又能给德国的战争经济开辟新的原料来源的那条战线上发动。最重要的目标是高加索的油田，夺取高加索的油田可以减轻德国过度紧张的燃料补给。为此，希特勒决定进攻斯大林格勒。
斯大林格勒是伏尔加河上的工业和内河航运中心。也是苏联中部地区通往南方重要经济区的唯一交通线上的咽喉，战略地位极其重要。希特勒打算拿下斯大林格勒，夺取这个占有优势的战略地位，而陷苏联于危境。然后，他可以北上包抄莫斯科，南出波斯湾。同时，还可以同集中兵力于中国东北的日本联手，来个东西夹击，彻底打垮苏联，再移师西线，收拾英美，进而夺取中东，并打通德日联系。这样，日本也可以从北方解脱出来，全力西进和南进，对付中国和英美，最终夺取法西斯轴心国的胜利。
面对德军即将发动的大规模进攻，苏军最高统帅部于7月12日成立了斯大林格勒方面军。这个方面军由预备队的第62、第63、第64集团军，原西南方面军的第21、第28、第38、第57集团军和空军第8集团军及伏尔加河航队编成。开始由铁木辛哥任方面军司令员，后改为戈尔道夫中将任司令员。斯大林格勒方面军中38个师只有18个师为满员，原西南方面军在战斗中损失较大。斯大林格勒方面军能与德军对抗的，实际上只有第62、第63集团军的12个师总共约为16万人，大炮和迫击炮2200门，坦克近400辆。空军第8集团军仅有飞机454架。远程航空兵有150～200架轰炸机和防空航空兵的第102师的60架歼击机。为此，苏军决定采取防御作战挫败德军进攻的方针，阻止德军进入伏尔加河，并在德军突击集团的两翼集结战略预备队，待条件成熟后，转入反攻，力求全歼德军重兵集团，扭转战场上的被动局面。
斯大林格勒方面军的任务是：固守巴甫洛夫斯克至上库尔莫亚尔斯卡地段，防御正面为530公里，纵深为120公里的地带。方面军以第63、第21、第62、第64集团军为第一梯队，以第57、第28、第38集团军为预备队。方面军的基本兵力部署在顿河大弯曲部，由第62集团军在此处占领防御阵地。
苏军和当地居民还从顿河到伏尔加河一线，修建了工程浩大的防御工事。在斯大林格勒外围，从北、西、南三个方面构筑了四道防御线。但这四条防御线均为野战线，并不十分坚固。
会战开始时，德军兵力是苏军的1.3倍，坦克是苏军的2倍，飞机是苏军的3.6倍。
德军最高统帅部预定在7月25日占领斯大林格勒。
1942年7月17日，德军第6集团军主力分为两个突击集团，开始发动钳形攻势。北路突击集团以8个师的兵力从彼列拉佐夫斯基地域，分别向卡拉奇实施向心突击，企图围歼在顿河大弯曲部的苏军，尔后从西南一举攻占斯大林格勒。
德军第6集团军先头部队首先在顿河的切尔河和齐姆良河地区对苏军的第62、第64集团军的前沿阵地发动了猛烈地进攻。苏军进行了顽强地抵抗。数天后，苏军边打边退，到了22日各支队已退守到主要防御地带。
7月23日，希特勒命令德军在加强顿河一线防御的基础上，猛攻斯大林格勒，迅速消灭那里的苏军，占领该城，封锁顿河至伏尔加河之间的陆上交通和顿河上的航运。
紧接着，德军以5个师的兵力对苏军第62集团军的阵地发动了进攻，并进至苏军主要防御地带前。北部德军也突破了苏军阵地，逼近了顿河，并包围了苏军第62集团军的一部分。苏军虽然于同日进行了反攻，但没有收到什么效果。7月24日，苏军预备队第13坦克军投入战斗。随后，苏军的第1、第4坦克军群也进行了反击，但只是迟滞了德军的行动，并未能歼灭德军，未能恢复第62集团军的原防御态势，苏军第62集团军的两翼仍被德军深远的包围着。
7月25日，德军南路发动突击，迫使苏第64集团军右翼后退。这样，德军的两路突击集团就突破了苏军的防御，分别进到上布齐诺夫和下奇尔卡亚地域，并打算在卡拉奇附近强渡顿河，从南面直扑斯大林格勒。
情况非常危急。苏军虽然加强了防御，阻止了德军的进攻速度，但顿河西岸的苏军处境却非常困难，第62集团军的两翼全处在德军的包围之中。德军从西面和西南面直接威胁着斯大林格勒。在这种情况下，苏军最高统帅部把北高加索方面军第51集团军调往斯大林格勒方面军，以预备队第57集团军在伏尔加河和顿河之间外层围廊的南部正面展开反击。7月28日，斯大林发布第227号令，指出苏德战场南部的危险，要求苏军坚决进行抵抗，寸土不让，直至最后一滴血……并提出了“绝不后退一步”的口号。
德军为了迅速地拿下斯大林格勒，重新部署了战局。7月30日，德军又将第4坦克集团军调到了斯大林格勒西南方向，沿科捷尔尼沃-斯大林格勒铁路线发动了新的进攻。与此同时，希特勒还向德军下达了命令：从行进间实施突击，从南面攻入斯大林格勒，造成对斯大林格勒方面军两面夹击之势。
苏军第57集团军的防御战线长达200公里，而且兵员不足，只能一面阻击一面后撤。8月5日，德军已前出至阿勃加涅罗沃地域。
同一天，苏军最高统帅部根据当前形势，也重新部署了战事，并下令苏军沿阿克塞河在各自的防御阵地上构筑工事，组织防御，坚守斯大林格勒。
8月7日，德军第6集团军继续发起新的攻势，终于在17日占领了顿河西岸，并企图实行钳形攻势。苏军被迫于夜间撤到了顿河东岸，退守到斯大林格勒外围第一道防线，距城市只有60公里。
苏军退守到斯大林格勒第一道战线时，斯大林格勒方向的战事已经向东移到了伏尔加河和顿河之间的地带。德军已直指斯大林格勒。
8月中旬，德军又加强了南北两个突击集团。8月19日，德军北路和南路同时对斯大林格勒进行向心突击。德军动用了21万人，2700门大炮，百辆坦克，千架飞机，经过3天的艰苦作战，德军北路终于突破了苏军的防御强渡顿河，于8月23日进至斯大林格勒市区以北的伏尔加河畔，对市区造成了严重的威胁。从南路进攻的德军也于8月29日前出到加夫里洛卡地域，威胁着斯大林格勒正面担任防御的苏军后方。9月13日起，德军两路人马开始对城市南部和中部发起进攻。苏军的防御阵地被分割开来，第21、第63集团军失去了联系。形势万分危急。不仅如此，德军还对斯大林格勒进行了轮番轰炸，一天之内，就出动飞机2000架次，投下了100多万颗炸弹，使斯大林格勒市区的工厂企业，居民住宅和医院等都受到了严重破坏，整个市区变成了一片火海。
苏军最高统帅部也下达了命令，要斯大林格勒地区的苏军争取一切措施守住阵地，消灭步步逼近的德军。于是苏军从南北两个方向对德军翼侧实施了强大的反击，削弱了德军的力量。8月23日，为了消灭伏尔加河畔的德军，斯大林格勒方面军曾一度进到伏尔加河畔，将德军切为两段。但第二天，德军就以其强大的反突击又恢复了他们的联系。不过，德军未能扩大突破口，因为沿线各村庄临时组织起来的防御阵地变成了德军无法逾越的障碍。8月25日，斯大林格勒方面军司令部宣布全城处于戒严状态，并号召各居民保卫自己的城市。苏联国防委员会还向斯大林格勒地区补充了兵力、弹药和物资进行支援。
8月26日，苏联国防委员会任命朱可夫为最高副统帅。
8月27日晚，斯大林在克里姆林宫接见了朱可夫，并向他下达了作战指令。8月29日，朱可夫飞抵斯大林格勒前线卡拉奇以北约3公里的卡梅申——斯大林格勒方面军野战指挥所与总参谋长华西列夫斯基和司令员戈尔道夫等高级指挥官共同研究战局后，决定9月3日从北面由近卫第1集团军发动攻势。但进展不大。
9月3日，斯大林命令朱可夫，将德军从斯大林格勒引开。
按照斯大林的命令，苏军第24、第66集团军和近卫第1集团军，于9月5日拂晓对德军进行了空袭和轰炸，随后又进行了冲击。但由于德军的顽强抵抗，苏军只前进了2—4公里。
同天中午12时，德军出动飞机大炮，开始了全线进攻。100辆坦克排成方队，向北面方向进攻，最后距苏军指挥所只有2公里之遥。苏第62、第64集团军在强大的德军压力下，不得不向后撤退，一直退到了斯大林格勒城下的最后阵地。
此时，斯大林格勒的苏军防御前沿，距市区只有2—10公里。德军的突击集团已从东北和西南直接指向斯大林格勒市区。
市区的防御任务由苏军第62和第64集团军承担。第62集团军防守城市北部和中部，第64集团军防守城市的南部。两个集团军共有16个步兵师、8个步兵旅、2个坦克军，约9万人。还有火炮和迫击炮1000门，坦克120辆。最高统帅部不断地向这一地区调兵，到了9月15日，斯大林格勒方面的兵力已达12万人，还增加了8个坦克旅。但德军用了13个师计17万人，1700门大炮和500辆坦克，直指进攻市区。
9月13日，德军向城市中部进攻，并占领了南部的萨多瓦亚车站。苏军面临着被赶下伏尔加河的危险。
此时的苏军，由于战斗中的伤亡、退却、弹药和粮食的不足，人员与技术装备补充上的困难等等，士气消沉，有的士兵甚至希望尽快撤过伏尔加河，脱离这场苦战。但是，集团军军事委员会做出决定：不许后撤，必须粉碎敌人的进攻。斯大林格勒是最后的战场，要有与敌人背水一战的决心。集团军司令部留在右岸斯大林格勒城内，在任何情况下不得向左岸和岛上撤退。并决定于9月14日实施进攻。
然而，德军抢先发动了攻势。9月14，德军对市中心的马马耶夫高地和1号火车站发动了进攻，在不到4公里宽的地段上集中了6个师，并有数百架飞机从空中支援。在短短的5个小时内，火车站曾4次易手。德军曾一度占领了高地。德军很清楚，要是占领了马马耶夫高地，就可以控制整个城市、厂区和伏尔加河。苏军近卫步兵于14日和15日夜冒着敌机轰炸，坐汽艇、驳船渡过伏尔加河，去增援市区的战斗。16日，他们配合第62集团军夺回了马马耶夫高地。16日和17日，战斗进行得异常激烈。在马马耶夫高地和1号火车站，德军以50至60架飞机为一批，对苏军进行密集轰炸，成吨重的炸弹，203毫米口径的炮弹，把整个地面都翻了过来。德军曾一度前进到距苏第62集团军指挥所仅600米的地方。
市区的争夺战达到了白热化的程度。市区的街道和广场都变成了激烈的战场。德军不顾伤亡，每天从早到晚连续不断地冲击。苏军和斯大林格勒市的市民则顽强抵抗，把可以利用的地方都变成了堡垒。每个街区、每幢楼房，甚至每层楼、每间房、每个街垒都经过了反复地争夺。德军每前进一步，都要付出巨大的代价。
在经过连续13天的战斗后，德军终于于9月25日占领了市南和市中心的部分地区，并前出到伏尔加河河面和所有渡口都处在了德军的枪炮火力控制之下。斯大林格勒，几乎没有一座建筑物、工厂、住宅保持完整。
9月27日起，双方开始了争夺北部工厂区的血战。
9月28日，苏军最高统帅部将斯大林格勒方面军改为顿河方面军，罗科索夫斯基中将为司令;东南方面军则改称斯大林格勒方面军，叶廖缅科上将为司令。两个方面军直接由苏联最高统帅部指挥。
10月5日，斯大林命令叶廖缅科在任何情况下都要坚守城市，把每幢楼房，每条街道做为堡垒，抗击德军的进攻。每一座房屋，只要有苏联的军人，哪怕只有一个人，也要成为敌人攻不破的堡垒。于是，苏军在连、营里，除了已有的班之外，又组织了新的战术单位——突击小组。
尽管炮火连天，弹片横飞，炮击和轰炸的喧嚣声此起彼伏，震耳欲聋，被炸毁的工厂成了苏联人的抵抗中心。一些工厂就是在炮火纷飞中也修理坦克和其它武器。如果工厂被炸得无法生产，工人们便拿起武器与正规部队一样，投入战斗。
苏军在他们控制的地区为德军设下了特殊的“捕杀场”。他们在一些房屋、街区上埋下地雷。在每一个布雷区的外面却留下几条进路。当德军一旦闯入这些进路时，就会遭到密集的火力射击。
苏军把城市的每一个地方都变成了战场。他们甚至把各层楼房相互隔断，使德军每前进一步都要付出血的代价。
10月14日，希特勒向德军下达了命令：除斯大林格勒外，整个苏德战场转入战略防御。在斯大林格勒方面，德军又开始了第三次攻击，企图通过这次攻击来夺取决定性的胜利。德军的进攻，最后进至伏尔加河，在约5公里宽的地段上，集中了2个坦克师、3个步兵师，出动了2000架次飞机作为支援轰炸市区。战斗空前激烈，仅朱可夫元帅的司令部里就有61人丧命。
10月15日，德军突破了防线攻占了拖拉机厂，冲到了伏尔加河边。17日苏军第138师赶来增援工厂区的战斗。苏军的顽强抵抗，大量的杀伤了德军，终于迫使德军减弱了进攻的势头。
10月17日，苏第62集团军司令部和军事委员会带着文件和指挥器材离开了掩蔽部，到伏尔加河以南约1公里没有任何掩蔽的露天河岸上进行指挥。这里距前沿阵地——马马耶夫高地只有1公里。
在以后的一段时间里，德军又连续发动了多次进攻，但并没有取得多大的进展。随着冬季的到来，德军的进攻陷于停滞。
11月11日，德军重新集结力量，对斯大林格勒发动了最后一次进攻。德军动用了5个步兵师、2个坦克师和2个工兵营在宽5公里的正面上发起强攻。一天之内，双方为争夺每一寸土地、每一块砖石，都进行了异常激烈的战斗。德军在预备队的支援下，向前推进了300～400米。苏第62集团军虽然再次被德军分割成三部分，但仍然坚守阵地牵制着德军。
苏军就这样顽强地坚守着，直到他们转入战略反攻。
1942年11月19日，苏联红军完成了集结，开始了战略大反攻。
参加反攻的苏军有110万人，15000余门大炮，1400余辆坦克和1400架飞机，共编成3个方面军：顿河方面军、斯大林格勒方面军和西南方面军。
此时，在斯大林格勒方面作战的德军共计80个师101万人，1万余门大炮，600余辆坦克和1200架飞机。
苏德两军的军力对比发生了变化。苏军在坦克和火炮上已占有优势。双方的航空兵几乎是拥有同等数量的飞机。但此时德军的燃料基本上已消耗殆尽，而且苏军飞机发动机性能上也较德军优良。
苏最高统帅部考虑到交通线的重要，首先恢复已被德军破坏的铁路、桥梁、车站，并修建了新的交通线。从1942年10月到1943年2月，共修建了1160公里长的铁路支线，恢复了1958公里的路线和293座铁路桥梁，保证了斯大林格勒地区的交通运输。
苏军为了使反攻达到出其不意的效果，最高统帅部还非常“坚决地要求加强隐蔽和伪装部队的措施，特别是炮兵。要在突出敌人防御的主要突击方向上，建立重兵集团，达到德军两倍数量的优势。”
1942年11月19日7时30分，苏最高统帅部下达了进攻命令。按照这一命令，集结在3个狭长突击地带上(总长度为28公里)的大炮和迫击炮向预先侦察到的目标一齐开火。在实施了一个小时的破坏性射击和20分钟的压制性射击后，8时50分，支援步兵的坦克群首先发起进攻。苏军在斯大林格勒的大反攻正式开始了。
在斯大林格勒西北部，苏军西南方面军的3500门大炮直射德军阵地。然后，以坦克和机械化部队为先导，越过草原，首先突向德军薄弱阵地的罗马尼亚第3集团军。罗马尼亚军不战而溃。苏军向前推进了35公里。由于德军派出装甲部队前去支援，苏军才减慢了反攻的速度，但此时德军已无法阻止苏军攻势的规模和方向了。
德陆军参谋长向希特勒报告了前线的进展情况，同时建议从斯大林格勒撤退，即将第6集团军撤出，调转方向，加强后卫，巩固新前方，然后进攻突入罗马尼亚阵地的苏军。这样，则可在更靠西侧的地域建立一条牢固的防线。既为第6集团军解了围，也给苏军造成了困境。但希特勒却责怪他过于悲观。他愤怒地叫嚷着：“我决不离开伏尔加!我决不从伏尔加撤退!”
然而，德军已阻挡不住苏军的前进步伐了。22日夜间，苏军占领了顿河桥，并分批强渡顿河。
为了迅速断敌退路，防止德军龟缩，苏军第26坦克军军长罗金少将决定利用夜暗，先夺取敌纵深卡拉奇附近顿河上唯一剩下的一座桥梁。22日凌晨3时，他命先头部队的上百辆坦克全部打开车灯，成纵队沿着从奥斯特罗夫到卡拉奇的公路，穿过德军数十公里的防御阵地向大桥开进。
苏军的先头部队迅速控制了左右河岸，并发出信号弹，通知后续部队加速前进。德军这才发现中计，但为时已晚。苏军坦克里应外合，迫使德军向两翼败退。苏军第26坦克军固守在桥梁附近，切断了敌军的退路，粉粹了敌人向西面德军靠拢的企图。4天之后，苏军两支先头部队在斯大林格勒的正西面、德军第6集团军背后20公里的地方会师。这一会师不仅决定了斯大林格勒城内25万德军士兵的命运，而且标志着第二次世界大战在苏联战场上的转折。
斯大林格勒方面军也于11月20日拂晓从城南发起反攻。也向在斯大林格勒西北部那样，苏军突破了罗马尼亚第4集团军的防线后，向西北推进。眼看斯大林格勒的军队受到两面包围，德军集团军司令部命令后方梯队和后勤部队组成的战斗队进行抵抗。但这支部队没有经过训练，装备不齐，只能延缓苏军的进程，并不能挽救第6集团军被围歼的命运。23日，苏军在卡拉奇与西北方面军接合，于是，斯大林格勒地区的敌军全部落网。
伏尔加河东岸的苏军也开始了反击。他们向城内的德军阵地发起了猛烈地炮击。斯大林格勒正北面的顿河方面军也发动了攻势。自11月22日起，他们与斯大林格勒方面军一起对德军进行压缩。至11月30日，苏军已完成了对德军共22个师33万人的合围，将其压缩在1500平方公里的地域之内。
希特勒在苏军的强大攻势面前，并没有认清形势。他一再命令被围的德第6集团军守住斯大林格勒和伏尔加前线。第6集团军的处境已是非常的艰难，甚至可以说是毫无希望。他们天天盼望的，一个是靠空运得到一些补给，一个是固守待援，等着希特勒大发慈悲，对他们采取援救行动。
为了稳住战局，希特勒又在高加索、沃罗涅什、奥廖尔和法国等各战场搜罗了10个师的兵力，拼成“顿河集团军群”，委派列宁格勒前线的曼施泰因指挥，前去解救斯大林格勒的第6集团军。希特勒向“顿河集团军”下达的命令是坚守斯大林格勒。希特勒企图通过发动一次进攻，与被隔断在斯大林格勒的德国军队重新建立联系，组成能够获得会战胜利的军事力量。德军把这次行动称为“冬季风暴”。
12月12日，援军沿着铁路线北上，不顾一切伤亡地向斯大林格勒方向猛冲。16日他们渡过阿克塞河，受到了苏军的顽强阻击。双方指挥官都知道这场搏斗的意义。他们都在争取时间。德军援军需尽快地冲过去解救第6集团军，并且要重新占领斯大林格勒城近郊的战线。苏军正是朝着德军愿望相反的方向努力，拼力粉碎德军的企图。
12月19日，援军同苏军在卡尔穆克草原与苏军展开了激战。21日打到了米什科沃地区。这时，德援军同第6集团军防守的外围只有40公里。精疲力竭的德军、人员与技术兵器受到了重大损失。给养供应接济不上，长时间得不到休息，风餐露宿，白天黑夜，部队疲惫不堪，已达极点。德军进攻的势头减弱下来，攻势陷于停顿。
救援开始时，曼斯泰因要求第6集团军配合向西南方向突围。但被围的德军经过旷日持久的激战，也已经精疲不堪了。再加上燃料缺乏，给养不足，已无力再战。而西南方向的苏军，则以450辆坦克为先导，发起了强大的攻势。来势凶猛的苏军在粉粹了意大利第8集团军后，于12月23日已经直接威胁到“顿河集团军群”的后方。苏军发动的强大攻势，迫使“顿河集团军群”的援军左翼发生动摇，向西撤去。
为了不遭到同第6集团军同样的命运，曼斯泰因下令北上的德军向南后撤，并将第6坦克师调到顿河以西，抵挡来自北方的苏军，同时还下令第6集团军停止突围。
苏军抓住这个机会，于12月24日发动了新的攻势，紧追退却之敌。20日苏军占领了科捷利尼科夫斯基，把德军其他部队从斯大林格勒推出200至250公里以外。德军的阵地被压缩得越来越小，空运补给几乎中断，已是弹尽粮绝。
德第6集团军对于他们的处境非常清楚，他们一再请求希特勒准许他们突围。但希特勒却要求他们“死守斯大林格勒”。希特勒把斯大林格勒视为东线前出的堡垒，第6集团军则是堡垒的守备队。而堡垒守备队的任务是经得起围困，如果必要的话，要一直坚守到第二年春天。
气温下降到零下30度，德军大批官兵被冻伤。另有数千人患有伤寒痢疾。由于苏军的空中封锁，靠空运维持供给日甚艰难。德军每日所需的作战物资最少为750吨，但实际上运到的每天还不足100吨。1月6日只运到了45吨，1月21日起空运则停止。
1943年1月8日，苏军指挥部向被围德军发出了最后通牒，命令他们停止抵抗，缴械投降。但德第6集团军拒绝了苏军的要求。
1月10日，苏军围歼德军的代号为“指环”的作战计划开始实施。5000门大炮一齐射向包围圈内的德军。在炮兵强大火力掩护之下，苏军的坦克和步兵发起冲击，德军全线溃退。仅6天的时间，德军的阵地就缩小了一半。苏军再次敦促德军投降，德军再次拒绝。1月16日晨，苏军占领了皮托姆尼克机场，德军只有靠古姆拉克机场空运物资。22日，苏军发起全线总攻，切断了古姆拉克的铁路线，占领了斯大林格勒南部，夺取了古姆拉克机场。激战4天后，德军只剩下南北长20公里、东西宽3、5公里的地带。
在此情况下，德第6集团军再次向德最高统帅部报告说：“根据报告，当前的处境是：部队弹尽粮绝，通信联络中断，只能同6个师保持联系。南线、西线和北线上的部队无法统一指挥。东线局势严峻，1万名伤员得不到起码的救护。步兵第44、76、100、305和384师已被歼。敌人突入许多地区，战线已经破裂。只在城区有一些支撑点和掩蔽工事，继续抵抗毫无意义。覆灭是难免的。为了挽救还活着的人，请即刻允许我们投降。”但第二天，第6集团军接到的希特勒的回电却是：“不许投降，应固守阵地，要战斗到最后一个人，最后一粒子弹!”第6集团军指挥部只得继续执行希特勒的命令，毫无目的地拖延战事。
1月26日晨，苏军实施了决定性突击。当天傍晚，苏第21集团军由西向东进攻，驻守市区的第62集团军由东向西进攻，在“红十月”工厂住宅区和马马耶夫高地胜利会师，将德第6集团军切割成南北两部分。1月27日起，苏军开始缩小包围圈。1月29日，苏军前出到市中心。三天的时间里，德军有15000人放下武器。一支罗马尼亚部队带着全部武器和装备集体向苏军投降。
1月30日，苏军直逼市中心。1月31日中午12时，刚被希特勒擢升为陆军元帅的德第6集团军司令保卢斯和他的助手们向苏军宣布投降。他们先被送往苏第64集团军司令部，然后，又从那里出发被送往顿河方面军司令部。
但德军北部集群拒绝投降。在苏军的突击下，他们企图向城北逃窜。苏军决定用炮兵猛烈轰击德军。2月1日，全部炮火轰鸣起来，空军也实施了轰炸。2月2日，德军残部集群终于投降了，伏尔加河岸的战斗停止了。
至此，被围德军全部投降。1名陆军元帅，24名将军以及大约9万名官兵成了苏军的俘虏。苏军胜利了。经过200个昼夜的奋战，苏军总共消灭德军66个师，约150万人，占其苏德战场总兵力的1/4，击毁和缴获德军坦克及强击大炮3500多辆，火炮和迫击炮12000多门，飞机3000架。从此，苏军掌握了苏德战场的战略主动权，为第二次世界大战中反法西斯力量走向胜利奠定了基础。

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