1942年春，德军决定再次对苏联发动进攻，企图一举攻占南方重镇斯大林格勒，夺取高加索油田，北上包抄莫斯科。
7月17日，德军攻入顿河大河湾地区，逼近斯大林格勒。经过近两个月的激战，德军突破苏军的外围和近郊防御，于9月13日攻入市区，苏军与德军展开了激烈的市区争夺战。11月19日到20日，苏联调集110万兵力和大批飞机、坦克、大炮，从南北两翼发动反攻，迅速突破德军防御，将30万德军包围并挫败德军解围计划。1943年1月10日，苏军开始总攻，至2月2日，被围德军全部被歼。
此役双方投入大量兵力，是第二次世界大战中规模最大的战役之一。德军力量受到严重削弱，损失150万人，被迫转入战略防御。此役是苏德战场和第二次世界大战的转折点。