Немецко-фашистские войска, захватив стратегическую инициативу после поражения Красной Армии под Харьковом, начали стремительное наступление на всем южном фланге советско- германского фронта. Части Красной Армии с боями отходили на восток. На фронте и в тылу сложилось критическое, почти паническое положение. Ключевое значение для противоборствующих сторон имел город Сталинград — важнейший промышленный центр и транспортный узел южной России. Для его обороны Ставка Верховного Главнокомандования выделила из своего резерва две новых армии — 62 и 64, которые вошли в состав Сталинградского фронта и были развернуты в излучине Дона. Наступление на Сталинград Гитлер поручил 6 полевой армии во главе с генерал-полковником Ф. Паулюсом. На Сталинградском направлении немецкие войска превосходили силы Красной Армии в полтора- два раза.

17 июля 1942 года считается днем начала Сталинградской битвы. В течение нескольких дней передовые отряды 62 и 64 армий вели упорные бои на рубежах рек Чир и Цимла, что позволило укрепить основной рубеж обороны армий. 23 июля Паулюс начал генеральное наступление с целью овладения Сталинградом. Через три дня немцам удалось прорвать оборонительные порядки 62 армии и создать угрозу ее окружения. Советскому командованию пришлось ввести в бой 1 и 4 танковые армии, формирование которых только началось. В результате упорной обороны и контрударов, замысел Паулюса был сорван.

К 10 августа советские войска отошли на левый берег Дона и заняли позиции на внешнем укрепленном рубеже обороны Сталинграда. Уже в конце июля немцы поняли, что сил одной 6 армии для взятия Сталинграда недостаточно. 31 июля с кавказского направления на Сталинград была направлена немецкая 4 танковая армия. Она форсировала Дон и развернула наступление на Сталинград с юга. Для обороны этого направления 7 августа был сформирован Юго-Восточный фронт под командованием генерал-полковника А. И. Еременко.

К 17 августа, 64 армия, переданная в состав Юго-Восточного фронта, остановила противника на южном участке внешнего укрепленного рубежа обороны Сталинграда. Через два дня, 19 августа, вермахт возобновил наступление. 23 августа немецкие танки вышли к Волге севернее Сталинграда. В тот же день Сталинград подвергся варварской бомбардировке с воздуха. Стремясь высвободить силы для штурма города. Гитлер перебросил на Дон итальянские и румынские войска. 12 сентября противник вплотную подошел к городским кварталам с запада и юга, и приступил к штурму. В городе, протянувшемся вдоль Волги на несколько десятков километров, держала оборону 62 армия генерал-лейтенанта В.И. Чуйкова. Южные кварталы Сталинграда обороняли части 64 армии генерал-лейтенанта М.С. Шумилова.

28 сентября Сталинградский фронт был переименован в Донской (генерал-лейтенант Рокоссовский), а Юго-Восточный — в Сталинградский (генерал-полковник Еременко). Противнику удалось занять значительную часть Сталинграда, но полностью овладеть городом так и не удалось. В первой половине ноября немцы продолжали настойчивые и бесплодные атаки с целью сбросить обороняющихся в Волгу. Между тем наступательный потенциал вермахта был исчерпан. В Сталинградской мясорубке были обескровлены десятки дивизий, с июля по ноябрь противник потерял 700 тысяч солдат, тысячу танков, полторы тысячи самолетов.