На захват Сталинграда Гитлер бросил 6-ю полевую армию фельдмаршала Паулюса, перед которой поставил задачу в течение недели занять город, предприятия которого поставляли Советской Армии оружие и боевую технику. В планах фашистского командования Сталинград рассматривался в качестве важного пункта на кратчайшем пути к нефтепромыслам Каспия и Северного Кавказа.
На оборонительном этапе битвы с июля по ноябрь 1942 года армии Паулюса, насчитывавшей 14 дивизий (270 тыс. чел.) с 3 тыс. орудиями и минометами, 500 танками и 1,2 тыс. самолетами противостояли 12 дивизий Сталинградского фронта (160 тыс. чел., 2,2 тыс. орудий и минометов, 400 танков и 454 самолета).
Обстановка осложнялась для советских войск острым недостатком противотанковой и зенитной артиллерии, нехваткой боеприпасов. Большинство дивизий, прибывших из Резерва Ставки Верховного Командования, не имело боевого опыта, другие дивизии были измотаны в предыдущих боях. Открытый степной характер местности позволял вражеской авиации производить удары по советским войскам и наносить большой урон в людях и боевой технике. В боях перед главной полосой обороны участвовали передовые отряды, в которые входили полки курсантов, только что покинувших стены военных училищ, молодые офицеры шли в свою первую атаку вместе с рядовыми бойцами.
С 13 сентября 1942 по 2 февраля 1943 г. ожесточенные бои шли в черте города за каждый объект, за каждый дом, которые часто переходили из рук в руки по несколько раз, а центральный вокзал Сталинграда переходил из рук в руки 13 раз. Отражая атаки превосходящих сил врага многие подразделения советских войск, отдельные солдаты проявляли чудеса стойкости и мужества, отстаивая каждый дом, каждый этаж, подъезд дома, а зачастую и руины разрушенных зданий. В этих боях обе стороны несли огромные потери.
200 героических дней обороны Сталинграда вошли в историю, как самые кровопролитные и жестокие. Сдача города приравнивалась тогда не только к военному, но и к идеологическому поражению. При обороне города погибли и были ранены более семисот тысяч советских солдат и офицеров. Но в ходе этой операции советские войска смогли окружить и уничтожить главные силы немецких армий. Всего за время Сталинградской битвы противник потерял около полутора миллиона человек – четвертую часть своих сил, действовавших на советско-германском фронте.
Три месяца оборонительных боев за Сталинград стоили многих жертв его защитникам, но они помогли выиграть время для подготовки наступательной операции, которую предстояло осуществить силами трех фронтов Донского, Юго-Западного и Сталинградского. Операция глубиной 120 км. предусматривала окружение и уничтожение всей группировки противника, действовавшей в районе Сталинграда. 19 ноября 1942 г. началось историческое контрнаступление советских войск под Сталинградом. Удар осуществляли из района г. Серафимовича войска Юго-Западного фронта под командованием генерал-полковника Н.Ф. Ватутина и правого крыла Донского фронта под командованием генерал-лейтенанта К.К. Рокоссовского из района станицы Клетской. Для развития общего стратегического наступления советских войск было необходимо в кратчайший срок покончить с армией Паулюса. Проведение операции по уничтожению окруженной группировки целиком возлагалось на Донской фронт. Конечный исход операции не вызывал сомнений, однако советское командование попыталось избежать ненужного кровопролития. Было решено перед началом наступления предъявить ультиматум о сдаче. Но штаб Паулюса отверг предложение о сдаче. Утром 10 января 1943 года 7 тыс. советских орудий и минометов открыли сокрушительный огонь на участке наступления. Началось сокрушение глубоко эшелонированной обороны врага. Советскую пехоту повсеместно поддерживала артиллерия. 15 января советские войска захватили аэродром «Питомник». И без того недостаточное снабжение армии Паулюса уменьшилось. У Сталинграда фашистские самолеты встречал плотный зенитный огонь. «Воздушный мост», обещанный гитлеровским командованием окруженным войскам, провалился.
31 января 1943 года командующий группировкой немецких войск, участвующих в этом сражении, Ф.Паулюс сдался в плен. 2 февраля 1943 года стало датой окончания Сталинградской битвы.
Родина высоко оценила исторический подвиг Сталинграда. Ему было присвоено звание города-героя. 55 соединений и частей, отличившиеся в Сталинградской битве, были награждены орденами; 213 преобразованы в гвардейские, 46 получили почетные наименования: Сталинградских, Донских и др. 22 декабря 1942 г. была учреждена медаль «За оборону Сталинграда», ею было награждено более 750 тысяч защитников города.