Датой начала Сталинградской битвы официально считается 17 июля 1942 года. В этот день на рубеже рек Чир и Цимла передовые отряды 62-й и 64-й армий встретились с авангардами 6-й немецкой армии. К началу битвы немецкие войска имели превосходство над советскими в танках и артиллерии — в 1,3 в самолётах — более чем в 2 раза. По численности войска Сталинградского фронта в два раза уступали противнику.
Уже к концу июля противник оттеснил советские войска за Дон. Линия обороны протянулась на сотни километров вдоль реки. 6-я армия уже тогда была всего лишь в нескольких десятках километров от Сталинграда, а к 23 августа силы 14-го танкового корпуса вышли к Волге севернее города. Прорыву предшествовал массированный удар по Сталинграду с воздуха. В результате авианалетов город подвергся страшным разрушениям, многие районы были фактически стерты с лица земли. Погибли почти 100 тысяч человек.
К 13 сентября ударные группировки вермахта потеснили советские войска на направлении главных ударов и ворвались в центр Сталинграда. Ожесточенные бои шли за каждый дом. Неоднократно из рук в руки переходили стратегические позиции, такие как Мамаев курган, железнодорожный вокзал, Дом Павлова и другие. После непродолжительного затишья в начале октября, во время которого немцы готовились к новому удару по Сталинграду, утром 14-го числа 6-я немецкая армия начала решающее наступление на советские плацдармы у Волги.
К 11 ноября после тяжелейших и кровопролитных боев немцам удалось прорваться к Волге на участке шириной 500 метров. 62-ая советская армия понесла огромные потери, некоторые дивизии насчитывала всего 300-500 бойцов. К тому времени в Ставке уже был план по контрнаступлению на Сталинград. Операция получила название "Уран". План заключался в том, чтобы ударами Юго-Западного и Сталинградского фронтов разгромить войска, прикрывавшие фланги сталинградской группировки противника, и, развивая наступление по сходящимся направлениям, окружить и уничтожить основные силы противника под Сталинградом.
Наступление Красной Армии началось рано утром 19 ноября 1942 года. В первый день 1-й и 26-й танковые корпуса продвинулись на 18 километров, а на второй день — на 40 километров. 23 ноября в районе Калача-на-Дону кольцо окружения вокруг 6-й армии вермахта замкнулось.
10 января 1943 года войска Донского фронта под командованием Константина Рокоссовского приступили к проведению операции "Кольцо" по разгрому окружённой под Сталинградом группировки немецко-фашистских войск. План предусматривал поэтапное уничтожение противника и расчленение 6-ой армии. К началу операции немецкая армия по силам фактически превосходила советскую — 250 тысяч против 210 тысяч. В то же время у немцев было больше танков, но в три раза меньше самолетов. Накануне наступления советское командование предложило окруженной немецкой группировке сдаться, чтобы предотвратить напрасное кровопролитие. Предложение было отклонено.
Уже к концу дня 10 января советским войскам при поддержке артиллерии удалось продвинуться на 6—8 км. Наступление стремительно развивалось. Противник оказывал ожесточенное сопротивление. Продвижение к Сталинграду пришлось временно остановить 17 января для перегруппировки войск. Командованию 6-ой армии вновь было предложено капитулировать, на что последовал отказ. 22 января советские войска возобновили наступление на всем фронте окружения, а уже вечером 26-го числа в районе поселка Красный Октябрь и на Мамаевом кургане произошла историческая встреча 21-й и 62-й армий.
31 января 1943 года прекратила сопротивление южная группа войск вермахта. Командование во главе с генералом-полковником Фридрихом фон Паулюсом попало в плен. Накануне своим приказом Гитлер повысил его до фельдмаршала. В радиограмме он указывал командующему армией, что "ещё ни один немецкий фельдмаршал не попадал в плен". 2 февраля была ликвидирована северная группа 6-ой армии. Таким образом, битва за Сталинград была завершена.