Op 28 juni 1942, iets meer dan een jaar na het begin van operatie Barbarossa, begon het nieuwe zomeroffensief, met de codenaam Fall Blau. Hitler had in Führerweisung 41 twee hoofddoelen voor Heeresgruppe Süd voor de campagne opgesteld: de verovering van de olievelden van de Kaukasus en het bereiken van de Volga bij Stalingrad. Het offensief bestond uit drie delen. De eerste fase, Fall Blau, bestond uit een aanval richting Voronezj. Twee dagen later zou operatie Maus van start gaan, waarin het 6. Armee naar de Don moest oprukken en zich vervolgens evenwijdig aan de Don richting Stalingrad moest keren. Een paar dagen later begon operatie Siegfried, met als doel Rostov aan de Don. De naam Fall Blau wordt meestal gebruikt om alle drie de operaties samen te benoemen.

Opmars

Stalin was volkomen verrast dat er in het zuiden een offensief plaatsvond. Hoewel hij originele operatieplannen in handen had gekregen, verwachtte hij dat het nieuwe offensief wederom tegen Moskou gericht was. De Duitse opmars verliep hierdoor aanvankelijk bijna net zo succesvol als operatie Barbarossa in het jaar daarvoor, maar half juli werd Hitler ongeduldig. De eerste fase van Fall Blau was voltooid, maar Hitler was zo bezeten van een snellere opmars dat hij besloot de twee volgende operaties tegelijkertijd te laten uitvoeren. Daarom besloot Hitler Heeresgruppe Süd in Heeresgruppe A en B te splitsen. Von Bock, de opperbevelhebber van Heeresgruppe Süd, liet zijn ergernis hierover blijken en werd ontslagen. Generalfeldmarschall List werd de opperbevelhebber van Heeresgruppe A, welke de Kaukasus moest veroveren, en Generaloberst Reichsfreiherr von Weichs werd de opperbevelhebber van Heeresgruppe B, welke naar Stalingrad moest oprukken. Doordat de twee Heeresgruppen van elkaar wegtrokken werden de aanvoerslijnen in het zuidelijke front erg lang en ontstonden er serieuze bevoorradingsproblemen. Een van de doelen die in Führerweisung 41 werden opgesteld was het omsingelen van de terugtrekkende Sovjettroepen in de Donbocht, maar door de trage opmars viel het aantal krijgsgevangenen erg tegen.

Toch was de chaos aan Sovjetzijde groot en op 19 augustus gaf General der Panzertruppe Friedrich Paulus, de opperbevelhebber van het 6. Armee, zijn troepen het bevel Stalingrad aan te vallen. In Stalingrad lagen verscheidene grote fabrieken die waardevolle goederen voor het Rode Leger produceerden en vanuit de stad, liggend op de hoge westoever, kon de scheepvaart over de Volga gecontroleerd worden. Verder droeg de stad natuurlijk de naam van de leider van de Sovjet-Unie, maar Hitler beweerde dat dit geen reden was geweest om de stad aan te vallen. Op 21 augustus staken eenheden van het 6. Armee de Don over, en in de middag van de 23e bereikten de eerste eenheden de noordelijke buitenwijken van Stalingrad. Diezelfde avond begon Luftflotte 4 van de Luftwaffe, onder Generaloberst Von Richthofen, de stad te bombarderen. Het was het zwaarste bombardement van de Tweede Wereldoorlog aan het Oostfront. In een week tijd kwamen hierdoor ongeveer 40.000 burgers om het leven.

Strijd om het centrum

Het 62e Leger van luitenant-generaal Lopatin had zich teruggetrokken in de stad. In de zuidelijke voorsteden lag het 64e Leger van luitenant-generaal Vasili Ivanovitsj Tsjoejkov. Zij gooiden alles in de strijd wat ze hadden, inclusief overbodige arbeiders uit de fabrieken en vele burgers. Stalin had de burgers verboden de stad te ontvluchten, omdat hij van mening was dat zijn soldaten fanatieker zouden vechten voor een 'levende' stad.

Op 12 september nam Tsjoejkov de leiding over het 62e Leger over, doordat Lopatin steeds pessimistischer werd en zijn troepen wilde terugtrekken. Tsjoejkov had zijn hoofdkwartier gevestigd op de Mamajev Koergan, de Tataarse grafheuvel in Stalingrad. Op 14 september openden de Duitsers een groot offensief tegen de stad en vertrok Tsjoejkov met zijn staf naar een bunker bij de rivieroever. Kolonel-generaal Jerjomenko, de opperbevelhebber van het Stalingradfront, waartoe ook het 62e en 64e Leger behoorden, meldde Tsjoejkov dat hij een sterke divisie als versterking zou krijgen: de 13e Garde-Jagerdivisie van generaal-majoor Rodimtsev. De Duitsers rukten echter snel op richting de aanlegsteigers, maar in de loop van 14 september werd het grootste deel van de gardisten overgezet, die de verovering van de aanlegstijgers voorlopig tegen wisten te houden. Er werd zeer hevig gevochten om het station Stalingrad-1 (het centrale station) en de Mamajev Koergan.

Strijd om de fabrieken

Tsjoejkov had zijn hoofdkwartier ondertussen verplaatst naar het centrum en kort daarna vanwege de Duitse vorderingen naar de noordelijke fabriekswijk van de stad. Het zag er slecht uit voor het 62e Leger, aangezien de Duitsers nu ook ten zuiden van Stalingrad de Volga hadden bereikt en de Sovjets nu dus, met de Volga in de rug, omsingeld waren. Het accent van de slag verplaatste zich nu ook naar het noorden, aangezien het zuidelijke deel van de stad op een paar verzetshaarden na veroverd was.

De strijd om de fabrieken die nu begon was een zeer felle. De Duitse tanks waren nutteloos in de bebouwde gebieden en er ontstonden gruwelijke man-tegen-man-gevechten. Het terrein was door de Luftwaffe platgebombardeerd, maar dit bleek in het voordeel van de verdedigers te werken: de Duitsers konden niet snel oprukken door het puin en de Sovjets konden zich ideaal verschansen. De Sovjets waren inventief en pasten nieuwe tactieken toe. Kleine, flexibele aanvalsgroepjes vielen de Duitsers constant aan. De Duitse Blitzkrieg-tactiek was absoluut nutteloos in de stad en de Duitsers wisten niet goed hoe ze met de nieuwe omstandigheden om moesten gaan.

14 oktober was de meest kritieke dag voor Tsjoejkovs leger. De Luftwaffe maakte bijna 3.000 vluchten en vijf Duitse divisies vielen de tractorfabriek en de kanonnenfabriek aan. De tractorfabriek werd bijna omsingeld en de Duitsers stootten door naar de Volga. Die nacht evacueerden de Volga-veerboten 3.500 gewonde Sovjetsoldaten. De volgende dag werd de aanval hernieuwd; het 62e Leger werd hierbij in tweeën gesplitst. Toch strandde de Duitse aanval. Nieuwe reserves hoefde Paulus niet te verwachten. Alle beschikbare reserves waren al ingezet. Ook Tsjoejkov kreeg weinig versterkingen en voorraden. Deze waren er echter wel, maar langzaamaan werd het voor Tsjoejkov duidelijk dat er elders iets werd gepland dat groots van opzet was.

Omsingeling

Legergeneraal Zjoekov en kolonel-generaal Vasilevski waren begonnen aan een plan om de troepen bij Stalingrad te vernietigen, operatie Oeran (Uranus). Ze hadden gemerkt dat de flanken van het 6. Armee slecht verdedigd werden, aangezien de Duitsers hier zwakkere legers van hun bondgenoten hadden geplaatst. De twee generaals besloten door de noordwestelijke en zuidelijke flanken te breken en zo de As-troepen te omsingelen. De Sovjets slaagden erin hun aanval geheim te houden. Een aantal Duitse officieren had een aanval echter wel verwacht, maar waren toch vrij sceptisch over de mogelijkheid van de Sovjets om zo'n groot offensief te lanceren. Op 19 november om 07:30 uur begon de aanval in het noordwesten. Het was erg mistig, maar de aanval werd niet uitgesteld. 3.500 artilleriestukken openden het vuur. Na 80 minuten kwamen de infanterie en de tanks. De Roemeense linies werden al snel doorbroken. In de ochtend van de 20e openden de Sovjets de aanval vanuit het zuiden. Op 23 november was de omsingeling voltooid toen de twee speerpunten elkaar ontmoetten bij de Donbrug bij Kalatsj. Die avond verklaarde Hitler Stalingrad tot een Festung, die tot het laatst verdedigd moest worden.

Luchtbrug en ontzetting

Paulus had nog maar weinig voorraden, dus door de omsingeling ontstond ook direct het probleem van de bevoorrading. Hitler vroeg aan Reichsmarschall Hermann Göring of de Luftwaffe in staat was het 6. Armee door de lucht te bevoorraden. Ondanks de raadgevingen van zijn naaste medewerkers nam Göring de taak op zich een luchtbrug te organiseren. De luchtbrug, welke op 25 november begon, bleek echter lang niet toereikend te zijn. Hoewel het 6. Armee minimaal 300 ton per dag nodig had, brachten de bevoorradingstoestellen maar gemiddeld 117 ton voorraden per dag naar de Kessel.

De pas geformeerde Heeresgruppe Don, onder bevel van Generalfeldmarschall Erich von Manstein, kreeg opdracht een corridor te creeëren naar de Kessel. Het ontbrak de Heeresgruppe aan troepen, maar op 12 december stuurde Von Manstein Generaloberst Hermann Hoth op pad met zijn Armeegruppe Hoth. De ontzettingspoging had de codenaam operatie Wintergewitter (Winteronweer). Het was niet Hoths taak om zich helemaal een weg naar de Kessel toe te vechten; het 6. Armee moest uitbreken en Hoth tegemoet komen, maar hiervoor kreeg ze geen toestemming van Hitler. Aanvankelijk was de tegenstand die Hoth ondervond licht, maar de Sovjets reageerden snel en stuurden sterke eenheden naar het gebied tussen Hoth en Paulus. Op Kerstavond werd Hoth aangevallen en moest hij zich noodgedwongen terugtrekken. De korpscommandanten van het 6. Armee drongen er bij Paulus op aan toch uit te breken. Paulus deed dit echter niet. Met name zijn chef van de generale staf, Generalmajor Arthur Schmidt, was een fel tegenstander van uitbreken. Hij beweerde dat het 6. Armee te weinig brandstof had en te zwak zou zijn in de open steppe. Paulus citeerde ook weer het bevel van de Führer, welke een uitbraak verbood. Er werd niet uitgebroken.

Het einde

Hoewel het 6. Armee veel te weinig voorraden kreeg, bleven de soldaten hopen op een wonder en bonden zij nog steeds zeven Sovjetlegers, welke beter elders konden worden ingezet. Kolonel-generaal Rokossovski, de opperbevelhebber van het Donfront, besloot een nieuw, groot offensief te openen om de astroepen in de Kessel voor eens en voor altijd te vernietigen. Nadat de Duitsers een capitulatie-aanbod hadden afgeslagen, startten de Sovjets op 10 januari operatie Koltso (Ring). Na een 55 minuten durend bombardement vielen om 9:00 uur de grondtroepen aan uit alle richtingen. Wat Paulus in weken tijd had veroverd, veroverden de Sovjets in dagen. Op 26 januari maakten de Sovjets contact met het 62e Leger. De Duitse troepen waren in tweeën gedeeld, en drie dagen later in drieën.

Paulus had eind januari zijn hoofdkwartier in het warenhuis 'Univermag' in het centrum van Stalingrad gevestigd. De Sovjets waren hier achter gekomen en op 31 januari werden Paulus en zijn staf gevangen genomen. Diezelfde dag gaven de zuidelijke en middelste Kessels zich over. De noordelijke Kessel vocht echter nog door, tot ook deze op 2 februari capituleerde.

Tijdens de slag om Stalingrad waren ongeveer 700.000 Sovjetsoldaten, ongeveer 100.000 Sovjetburgers en ongeveer 470.000 astroepen omgekomen. 130.000 astroepen werden gevangen genomen, waaronder 32 generaals. Bijna vier aslegers en een luchtvloot waren vernietigd. Zo'n 6.000 Duitse krijgsgevangenen zagen Duitsland nog terug, waarvan de laatsten pas in 1956 terugkeerden.