1942年6月28日，斯大林格勒戰役打響了。
德軍B集團軍群左翼的第四裝甲集團軍和第二集團軍，突然從庫爾斯克向東攻擊，對蘇軍布良斯克方面軍實施突擊。6月30日，右翼第六集團軍也從哈爾科夫東北發起進攻，向東南方向的斯大林格勒挺進。蘇軍在空曠的大草原上很難進行有效抵抗，後撤100到300公里。
然而，戰役初期的順利使希特勒的狂妄症再次發作了，他認為攻佔斯大林格勒用不著那麼多兵力，命令第四裝甲集團軍南下支援第一裝甲集團軍強渡頓河下游。這樣，進攻斯大林格勒的兵力就只剩鮑盧斯的第六集團軍，下轄6個軍（含2個裝甲軍），總計14個師約27萬人，有近500輛坦克，3000門火炮和迫擊炮。
直到這個時候，斯大林才逐漸明白了德軍的意圖，決心組織軍隊堅守，以保衛這座以他的名字命名的城市。7月12日，蘇軍在西南方面軍的原有基礎上組建了由鐵木辛哥為司令員、赫魯曉夫任軍事委員會委員的斯大林格勒方面軍，負責保衛斯大林格勒。斯大林格勒方面軍共有38個師，防守著長約530公里、縱深120公里的防禦地帶。
1942年7月17日，德軍第六集團軍在鮑盧斯大將指揮下，突擊蘇軍第六十二集團軍防禦陣地。同時，鮑盧斯以部分兵力向蘇軍第六十四集團軍發起佯攻，以分散蘇軍注意力。23日，德軍突破蘇軍第六十二集團軍右翼防線，合圍了該集團軍2個師，逼近斯大林格勒西面的頓河河岸。25日，德軍對蘇軍第六十四集團軍的右翼陣地發起攻擊，意圖強渡頓河。26日，蘇軍第六十四集團軍被迫退過頓河。
戰況不利，斯大林對斯大林格勒方面軍司令員鐵木辛哥元帥極其失望，撤銷了他的司令員職務，由第六十四集團軍司令戈爾多夫中將接任，並委派總參謀長華西列夫斯基上將前往斯大林格勒，作為最高統帥部代表，協助指揮戰事。
7月28日，為了提高斯大林格勒守軍的鬥志，斯大林發布了著名的第二二七號命令，要求蘇軍將士「沒有上級的命令，不得後撤半步。無論他是連長、營長、團長、師長、政委，只要是在無上級指揮官命令的情況下擅自撤退，他就是叛徒，他就要被當作祖國的叛徒而受到處理。」
這道命令篇幅極長，斯大林都被逼得誇獎起敵人來了。在他的嚴令下，蘇軍又展開了人海戰術。
由於缺少裝甲部隊，加上蘇軍的頑強抵抗，德軍第六集團軍在行進間佔領斯大林格勒的計畫無法實現。
7月30日，希特勒又做了一個重要的決定，將霍特指揮的第四裝甲集團軍又歸還給B集團軍群。8月5日，第四裝甲集團軍突破了蘇軍第六十四集團軍的防線。
8月19日，鮑盧斯和霍特重新發起進攻。第六集團軍從斯大林格勒西北面向東南攻擊，22日突破蘇軍第六十二集團軍防線，強渡頓河，佔領了卡拉奇，23日推進到斯大林格勒北郊，前出到伏爾加河。霍特第四裝甲集團軍向北進攻，突破了蘇軍第六十四集團軍的防禦，29日進至城南，前鋒距斯大林格勒城只有5公里。
在德國陸軍進攻斯大林格勒的同時，德軍第四航空隊也出動2000架次飛機對斯大林格勒進行轟炸。
斯大林格勒面臨著異常嚴峻的形勢，斯大林把希望寄托在了朱可夫身上。他任命朱可夫為最高副統帥，並調撥第二十四、第六十六集團軍和近衛第一集團軍開赴斯大林格勒。
8月29日，朱可夫飛到斯大林格勒並著手組織反擊。9月5日拂曉，朱可夫指揮3個新銳集團軍展開反擊，由於準備倉促，反擊未取得預期戰果。6日，蘇軍再次發動進攻，再次失利。10日，蘇軍試圖從北面實施突擊，恢複同第六十二集團軍的聯繫，又遭失敗。12日，蘇軍撤至城區，外圍防線已全部喪失，德軍突破斯大林格勒城防，從南面突進到伏爾加河。
9月12日，希特勒飛抵前線，召見了B集團軍群司令魏克斯大將和第六集團軍司令鮑盧斯大將，要求「儘快地把城市拿到自己手中」，命令他們於13日進攻斯大林格勒市區。
震驚世界的斯大林格勒巷戰開始了。
在德國陸軍攻城之前，空軍的轟炸機已經把斯大林格勒市區炸成了廢墟。
9月13日，鮑盧斯第六集團軍擔當主力，從城北開始突擊。霍特第四裝甲集團軍則從城南推進，策應鮑盧斯在城北的主攻。14日，德軍從城北突入市區，與蘇軍展開了激烈巷戰。雙方的爭奪達到白熱化的程度，全市的街道和廣場都變成了激烈的戰場，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，有些重要據點被反覆爭奪，其中第一火車站的爭奪戰持續了一周，前後13次易手。
直到今天，巷戰都是最難打，也是應極力避免的。今天美軍這麼先進的裝甲部隊，也不敢打巷戰。俄羅斯軍隊在車臣戰爭中也是吃了巷戰的虧。如今的裝甲部隊，電子通信手段這麼先進，還在巷戰上吃虧。在二戰時期，坦克炮仰角，頂多能打到三樓，五樓站一個人舉著炸藥包往下扔你就完了。如果坦克在道路上行駛，一個小孩兒抱個炸藥包藏在下水道底下，坦克過去，他把炸藥包一扔，坦克炸了，小孩兒順下水道跑了，找都找不著。德軍在斯大林格勒打巷戰，實在是以己之短、攻敵所長，蘇聯人用了兩個殘破不堪的集團軍——第六十二和第六十四集團軍，硬是拖住了德國最精銳的第六集團軍，為蘇軍的反攻贏得了時間。
攻入城中的德軍傷亡人數不斷增加。雖然德軍對伏爾加河東岸進行了頻繁的轟炸，但是守軍還是從東岸得到了不斷的支援和補給。據統計，開赴城中的紅軍戰士的平均存活時間不超過24個小時，軍官的平均存活時間也只有不到3天，戰役的慘烈可以想像。
二戰中，德軍的主要戰術是多兵種聯合作戰，非常重視步兵、工程部隊、炮兵和空軍的配合。為了對抗這種戰術，蘇軍採取了貼身緊逼的戰術，儘可能地將己方的陣地貼近德軍，致使德軍的炮兵和空軍無法有效進行遠程攻擊。
蘇聯人經過血的教訓，終於學會動腦子了。
德軍陷入了巷戰的泥潭。值得一提的是，蘇軍的狙擊手在巷戰中大顯身手，給德軍造成了極大傷亡。
2001年，好萊塢電影《兵臨城下》再現了斯大林格勒的巷戰情景。其中，最有名的一名狙擊手名叫瓦西里·扎伊采夫，他在一個月之內，擊斃了225個敵人。實際上，蘇軍擊斃敵軍數量比他更多的狙擊手還有三十幾個。但是，瓦西里擊斃了德國柏林狙擊學校校長科寧斯，在這場蘇德頂級狙擊手對決中取得完勝，由此聲名大振！
瓦西里出生在蘇聯烏拉爾山腳下的一個小村莊，扎伊采夫在俄語中的意思是野兔，這說明他們家是獵人。瓦西里剛讀完小學就跟著爺爺打獵，練成了一位神槍手。蘇德戰爭爆發後，瓦西里參軍上了前線，他用一桿普通的莫辛·納甘步槍，在斯大林格勒戰役之前就擊殺了32名德國官兵。
斯大林格勒戰役打響後，瓦西里主動請戰。於是，瓦西里加入陸軍第六十二軍一〇四七團作戰。剛參戰10天，他就用步槍幹掉了將近40名德國兵。當時，德國人經常用重炮轟炸，清理佔領區。開炮要有觀察員，德軍佔領了馬馬耶夫高地上的一座水塔，站在水塔上，戰場態勢一目了然。一個德軍軍官帶著助手藏在水塔里，天天指揮炮兵往蘇聯人身上扔炮彈。瓦西里覺得德國佬太囂張了，就準備打靶。果然，一會兒水塔頂就出現一個通信兵，瓦西里一槍把他放倒。水塔上面的人莫名其妙，又派來一個通信兵看看怎麼回事，結果又被放倒。軍官嚇傻了，縮在水塔裡面不露頭，瓦西里就等著他。過了1個多小時，軍官剛冒個頭，就被一槍爆了頭。當狙擊手除了要槍法好，更關鍵的是要有耐心。
瓦西里很快出名了。當時，斯大林格勒戰役正是最艱難的時候，蘇聯人開始大力宣傳這位「狙擊英雄」，團長還給了他一把真正的狙擊步槍。瓦西裡帶著這支槍，又挑選了幾十個精明幹練的戰士，專門挑德軍上廁所和吃飯的時候下手，搞得德軍心神不寧。後來他開班收徒，火線培養了一大批狙擊精英。很快，德軍前線軍官和炮兵觀察員的陣亡率直線上升，瓦西里的戰績升到100人。他手下的小戰士們，也跟他一起，平均每天幹掉十幾個德軍骨幹。這麼打下去，過不了兩月，德國第六集團軍就沒幾個班長、排長可用了。
所以，鮑盧斯將軍很生氣，向上級要求派一個手段高明的狙擊手來。希特勒就派柏林狙擊學校校長科寧斯前往斯大林格勒。科寧斯是一戰時就揚名西線的王牌狙擊手，手段毒辣，而且極為自負，他只殺那些值得殺的對手，一般小兵他認為不值得浪費子彈。科寧斯到前線之後，放出風來，要跟瓦西里決戰，他打傷了好幾個瓦西里的徒弟，故意不打死，就是為了給他們的師父報信，瞧見沒有，爺來了！
瓦西里選擇應戰，到前線跟科寧斯對決。兩個人相持了4天，最後瓦西里