斯大林深知斯大林格勒得失关系战争全局，他下令苏军沿保罗斯第6集团军的进军路线，节节抗击，阻滞其进军速度，消耗其实力。当德军进至斯大林格勒城下之际，又赶紧调遣以擅守孤城著称的崔可夫将军指挥新开到的苏军第62集团军，死守斯大林格勒城垣。同时又派遣誉满欧、亚两洲的朱可夫大将到斯大林格勒前线，组织后备军，集结兵员、兵器，准备战略反攻。斯大林格勒成为1942年秋冬德、苏两国百万重兵的决战重地。
保罗斯统率德军第6集团军长驱直入，进至斯大林格勒城下，大喜过望，以为斯城唾手可得，便重新部署，三面围城，准备乘胜一鼓而下之。保罗斯却未曾料到苏军顽强不屈，旷古空前。一个师被打败了，马上就有一个新的师上前替补；一条战线被摧毁了，又有一条更坚固的新防线在等待德军来攻。几个月恶战，苏军且战且退，却仍然斗志旺盛，战力不衰。新调进斯大林格勒的苏军第62集团军，齐装满员，士气高昂，在崔可夫中将指挥下，据城死守，与德军鏖战，寸土不让。
斯大林格勒终日炮声隆隆，硝烟滚滚。在被炮火造就的瓦砾场上，高度机动的德军坦克一筹莫展，战斗由运动战变成了阵前肉搏，斯城每一道围墙、每一幢楼房、每一条街道、甚至每一条下水道，都成为双方争夺目标。每一处阵地都是得而复失，失而复得，反复易手。激战数十日，斯城尸山血海，早已面目全非。保罗斯部队千辛万苦，夺取了城区四分之三，却伤亡惨重，元气大伤。一个步兵连队由180人缩编为70人；一个步兵师由9个营缩编为7个营。总算起来，德军每师人员减少三分之二以上。而苏军却从伏尔加河东岸不断运来精锐部队，增援崔可夫的第62集团军。攻守易势，德军再往前推进一步，即使再多占领一幢楼房，半条街道，也势比登天还难。