1942年初莫斯科保卫战的硝烟渐渐散去，苏德两军都陷入了休整的怀抱。苏联虽然在保卫战中胜出，但军队需要时间来修整，恢复实力，暂时无法继续反攻；而德国虽败，却未全线崩溃，总体兵力仍占优势。在这个休战的时刻，双方都在积极筹备，为夺取下一阶段的战略主动权做着充分的准备。

1942年夏季，德军展开了第二次夏季进攻。希特勒决定将主要精力集中于南线，分兵两路，一路向斯大林格勒进发，另一路则瞄准高加索地区。斯大林格勒，坐落于伏尔加河下游的西岸，顿河以东，是苏联内河航运干线上的关键港口，是南北铁路的交汇点，更是苏联南部工业的中心，拥有约60万居民。其西面和南面则是苏联粮食、石油和煤炭的主要产区，包括富饶辽阔的顿河流域、库班河流域和南高加索地区。德军若能攻占斯大林格勒，将直接切断苏联中部与南方经济区高加索的联系，掌握巴库的石油和库班的粮食，实现以战养战、减少国内军费开支的目标。斯大林格勒的地理位置使其成为东线战局胜败的关键，于是苏德双方开始在这里展开激烈的争夺。

1942年4月5日，希特勒签署了第41号作战令，规定了在天气和地面条件好转时，集中一切可用的军队在南翼的主要战线，目的是在顿河边歼灭敌人，夺取高加索油田和进入高加索山区的隘口。斯大林格勒战役由此开始，成为战争的焦点。德军第6集团军以27万兵力、1200架飞机的支援，在斯大林格勒的门口展开了进攻。苏军顽强抵抗，德军在7月23日对苏军第62集团军右翼的进攻中取得突破，将苏军两翼包围。然而，苏军的坚守使德军不得不在阿布加涅罗沃——普罗道维托耶一线转入防御，损失惨重。而在斯大林格勒市区，激烈的市区争夺战愈演愈烈，德军一再被苏军反击击退。这一时期，斯大林格勒成为苏德双方血战的中心，双方你来我往，硝烟弥漫，城市遭受巨大破坏，成千上万的平民不幸丧生。

斯大林格勒战役进入了苏军的反攻阶段，德军被逼入绝境。1943年初，严寒的冬季到来，德军陷入了饥寒交迫之中。苏军充分准备，于11月19日发起了强大的反攻，从南北两侧进行夹击，将德军约30万人包围。苏军将近110万兵力、近1500辆坦克、15000多门火炮和1350架飞机投入战斗，形成了巨大的兵力优势。德军的援军也在苏军的阻击下被击退，形势对德军非常不利。然而，由于苏军对德军的围堵，德军在包围圈内的资源严重不足，每天需求的物资远远超过空军送来的100吨。德军处于死亡的恐惧之中，面对苏军坦克和步兵的夹击，他们的防线一天天崩溃。希特勒的命令是死守阵地，战至最后一兵一卒一枪一弹，但被围困的德军已经处于精疲力竭的状态。1月8日，苏军向德军发出最后通牒，要求投降。然而，希特勒不仅拒绝了苏军的要求，还提升了保卢斯为元帅，激励其坚守。但面对强大的苏军反攻，绝望蔓延，终于在1943年2月2日，德军第6集团军在斯大林格勒全军覆没。同时，德军入侵高加索的行动也以失败告终，高加索的油田被丢弃，希特勒的南线战略计划彻底破产。

斯大林格勒战役是苏德战争中最激烈、最具决定性影响的战役之一。战役的胜利使苏军转变为战略进攻，而德军则不得不由进攻转为防御。这场战役标志着闪电战的终结，德国的政治和军事生命开始走向终结。希特勒为此宣布全国志哀，苏联的反攻也为整个第二次世界大战的进程产生了深远的影响。