为适应在西南方向实施重点进攻的需要，德军统帅部在夏季进攻前夕，对德军东线部队的指挥结构进行了调整。德军南方集团军群被分为B、A两个集团军群：B集团军群由博克元帅指挥，下辖德军第4装甲集团军，第2、第6集团军和匈牙利第2集团军；A集团军群由利斯特元帅指挥，下辖德军第21装甲集团军、第17和第11集团军，以及意大利第8集团军。这次改编于7月上旬最后完成。在B集团军群中又建立了由德军第2集团军、第4装甲集团军和匈牙利第2集团军组成的“魏克斯”集团军级集群。
截至1942年6月底，德军在苏德战场的兵力总共达11个野战集团军、4个装甲集团军、3个战役集群，共计230个师又16个旅，共560余万人、9000多门火炮和迫击炮、3700辆坦克和强击火炮、3200余架作战飞机。德军最大的重兵集团A、B两个集团军群，配置在苏德战场西南方向。这里展开了当时德军在苏德战场上的37％以上的步兵兵团和骑兵兵团，53％左右的装甲和摩托化部队。这两个集团军群的编成内共97个师90万人、1200辆坦克和强击火炮、1.7万余门火炮和迫击炮、1640架作战飞机。与德军这些部队相对峙的苏军，在人员和坦克的数量上与德军大致相等，但飞机、火炮较德军落后。
苏军经过5月和6月的数次战役后，尚未获得时间进行补充休整和调整部署。6月底，苏军在苏德战场北段和中段的部署基本未变，南翼较之5月初稍有变动。苏军撤销了西方向、西南方向、北高加索方向指挥部，布良斯克方面军、西南方面军和南方面军改由苏军最高统帅部直接指挥。布良斯克方面军、西南方面军和南方面军的任务是固守现有阵地，在沃罗涅日、斯大林格勒和高加索方向组织防御。新组建的高加索方面军负责掩护亚速海和黑海东岸。西方向和西北方向的苏军部队，基本任务是改善现有态势，牵制德军兵力。
6月28日，德军发起侵苏战争第二年的夏季进攻。德军B集团军群的“魏克斯”集群向苏军布良斯克方面军左翼突击，从苏军第13集团军和第40集团军的接合部突破了苏军防御。6月30日，德军第6集团军从沃尔昌斯克地域发起进攻，突破了苏军第21、第28集团军的防御。到7月2日，德军突破苏军布良斯克方面军左翼和西南方面军右翼的防御，并向纵深推进约80公里，给苏军造成了前出顿河、占领沃罗涅日的威胁。
为阻止德军进攻，苏军最高统帅部将大本营预备队中的3个集团军调至顿河地区，并将新编第5装甲集团军集中到北面的耶列茨地区，对进攻沃罗涅日的德军集团后方和侧翼实施反突击。苏军第5装甲集团军的反突击，迫使德军统帅部将沃罗涅日地域的突击集团分兵北调，从而削弱了德军对沃罗涅日的进攻。苏军的反突击措施，虽然降低了德军的推进速度，但德军仍于7月6日楔入沃罗涅日。
为便于指挥在沃罗涅日方向作战的部队，苏军最高统帅部于7月7日将布良斯克方面军左翼各集团军编为沃罗涅日方面军，并赋予其肃清顿河东岸德军并扼守东岸的任务。此时，德军向沃罗涅日方向的进攻虽被制止，但这个方向的形势仍十分危急。布良斯克方面军和西南方面军的防御地带正面约300公里、纵深150至170公里被德军突破，德军已前出到顿河，并在沃罗涅日以西强渡了该河，由北向南对苏军西南方面军右翼实施深远迂回，从而对西南方面军和南方面军后方构成极大威胁。
德军统帅部决定沿向心方向分两路向坎捷米罗夫卡实施突击。7月7日，德军A集团军群第1装甲集团军展开进攻，防守顿巴斯的苏军南方面军右翼和中央的部队有组织地向东南实施后撤。同日，德军第6集团军强渡黑卡利特瓦河，向东南发展进攻。至7月11日，进入顿河大弯曲部，从东北和东面包围了苏军西南方面军主力。苏军被迫在坎捷米罗夫卡以南和西南苦战。由于驻卡拉奇的西南方面军指挥部从7月7日起同所属部队大部失去联系，苏军统帅部决定西南方面军中央和左翼部队转隶南方面军。
德军前出顿河中游后，希特勒命令第4装甲集团军转隶A集团军群，从斯大林格勒方向转向罗斯托夫方向推进，以便对苏军南方面军实施更大合围。至7月15日，德军第4装甲集团军先头部队已前出到莫罗佐夫斯克和米列罗沃地域，德军第1装甲集团军先头部队则前出到卡缅斯克地域，苏军南方面军在顿河西岸的情况日益严重。为免遭合围，苏军统帅部决定将南方面军从顿巴斯撤过顿河，协同北高加索方面军部分兵力在上库尔莫亚尔斯卡亚至巴加耶夫斯卡亚一带的顿河东岸，以及罗斯托夫以北接近地组织防御。7月15日，苏军南方面军开始后撤，7月23日，德军第1装甲集团军楔入罗斯托夫，守卫该市的苏军第56集团军退至顿河东岸。至24日，南方面军主力已撤至顿河东岸。
6月28日至7月24日，苏军在沃罗涅日方向和顿巴斯进行的防御战役以失利告终，防御部队在德军突击下被迫后退150至400公里。德军突破布良斯克方面军和西南方面军的防御后，推进到顿河大弯曲部，攻占了重要战略据点罗斯托夫，强渡了顿河下游，从而对斯大林格勒和北高加索构成直接威胁。苏军最高统帅部对德军1942年夏季攻势主要突击方向判断失误，又无法及时调整部署做好防御准备，结果遭到失利。但是，德军合围并歼灭苏军西南方面军和南方面军的基本目的并未达到。苏军经过顽强抵抗，被迫后撤，随后进行了具有重大意义的斯大林格勒会战，以及高加索会战。
3.斯大林格勒会战
1942年春至1942年7月，苏军在哈尔科夫战役和克里木战役中的失利，使德军凭借其在西南方向的优势兵力向斯大林格勒方向和高加索方向迅速发展进攻。苏军在抵抗失败后，忍痛放弃了在经济上和战略上都具有重要意义的南部地区，退至伏尔加河和高加索山前地带。德军于7月中旬以前前出到顿河大弯曲部，威逼斯大林格勒附近的伏尔加河。于是，一次规模宏大的决定性会战，斯大林格勒保卫战拉开了帷幕。
斯大林格勒位于伏尔加河下游西岸、顿河大弯曲部以东约60公里处，是苏联欧洲部分东南部的政治、经济和文化中心，铁路和内河运输枢纽、欧亚两洲的咽喉，也是苏联重要的军事工业基地，在军事上具有重要的战略意义。战前人口约60万。斯大林格勒以西、以南为广阔的顿河下游地区、库尔班河流域和高加索，这些地区是苏联粮食、石油和煤炭的主要产区。
苏军士兵冒着炮火出击1941年乌克兰被德军占领后，斯大林格勒便成为苏联中央地区通往南方重要区域的唯一交通线的咽喉，战略地位更趋重要。斯大林格勒市区沿伏尔加河西岸延伸，呈狭长形，地势起伏不平，市内有许多高大建筑。城西近郊地势较高，城东河岸陡峭，城南多长条形湖泊。市区附近的伏尔加河河宽1～2公里，水深3～24米。
德军的战略企图是：集中主力于苏德战场南翼，迅速攻占高加索和斯大林格勒，占领巴库和伏尔加河下游地区，夺取丰富的石油资源、粮食和工业设施，尔后北取莫斯科，南出波斯湾。德军最初将主力集中在高加索方向，企图首先以斯大林格勒方向上的进攻行动保障对高加索的突击。
德A集团军群越向高加索推进，斯大林格勒地域的战斗对其后方的威胁也越大。陷入斯大林格勒的作战后，德军甚至想作短时间的摆脱都不可能，哪怕想在这里转入防御也不行了。对德军来说，摆脱当前困境的唯一出路就是，击溃苏军，夺取斯大林格勒地域。不解决这两个问题，要想稳定南方***德军的整个战略战线，尤其是保障高加索方向，是不可能的。
由于防守斯大林格勒方向的苏军顽强作战，打乱了希特勒的计划，迫使其将主力转移至斯大林格勒方向进行决战，从而使这一方向很快就从辅助的地位变成了整个苏德战场上具有决定意义的方向。
苏军最高统帅部正确分析了形势，决心在苏德战场南翼组织坚强防御，阻止德军进攻，坚守斯大林格勒，逐步消耗德军突击集团，为组训和调遣预备队赢得必要的时间，在条件具备时，即转入反攻，以歼灭德军重兵集团，扭转整个苏德战场的形势。
德军统帅部最初指定由B集团军群的第6集团军和第4装甲集团军担任斯大林格勒方向的突击任务。但是，当B集团军群前出到顿河大弯曲部后，希特勒认为斯大林格勒方向无须用那么多兵力，遂命令第4装甲集团军从斯大林格勒方向南下，转隶A集团军群，以便向罗斯托夫发展进攻。为使第6集团军集中最大限度的兵力进攻斯大林格勒，又向B集团军群调拨了意大利第8集团军，该集团军前出到顿河沿岸，在顿河西岸的巴甫洛夫斯克至韦辛斯卡亚地段展开。在斯大林格勒方向担任空中支援任务的是得到德军第8航空军加强的第4航空队部分兵力。这样，截至7月17日，在斯大林格勒方向进攻的德军部队计有实力较强的德军第6集团军的14个师（约27万人）、3000门火炮和迫击炮、近500辆坦克和1200架飞机。
为了建立新的防线，苏军从纵深前出后，从行进间就地占领了没有构筑防御设施的阵地。斯大林格勒方向的大多数部队都是新建部队，又非常缺乏歼击航空兵、反坦克和防空火器，许多师弹药不足。
鉴于斯大林格勒方向所形成的独立性和双方在这里已集结大量兵力，为便于统一指挥防御部队抗击德军进攻，苏军最高统帅部遂于7月12日决定在西南方面军原有基础上组建斯大林格勒方面军，担负斯大林格勒方向的防御任务。铁木辛哥元帅被任命为方面军司令员（7月22日起，方面军司令员改为戈尔多夫中将）。
实际上，到7月17日，在德军第6集团军当面对峙的主要是苏军第62、第63集团军的12个师约16万人、2200门火炮和迫击炮、约400辆坦克和454架飞机。此外，苏军远程轰炸航空兵和国土防空军歼击航空兵可提供一定的空中支援。
斯大林格勒方面军的任务是：（1）固守巴甫洛夫斯克至上库尔莫亚尔斯卡亚一线，阻止德军向伏尔加河推进，消耗、削弱德军的有生力量；（2）坚决守住斯大林格勒，钳制德军突击集团主力，为尔后转入反攻歼灭德军重兵集团创造条件。鉴于要以有限兵力防守很长的防线，方面军决心集中主力于左翼的顿河大弯曲部，并掌握强大的战役预备队，准备适时向西南和西方实施强大的反突击，粉碎德军进攻。
为了保卫斯大林格勒及其市区，苏军在顿河与伏尔加河之间还构筑了4道防御地带（防御围廓），即外层围廓、中层围廓、内层围廓和市区围廓。会战开始前，尽管这些围廓的工程仅完成40％至50％，但仍对城市防御起到不小的作用。18万余名斯大林格勒居民参加了防御围廊和方面军机场的修建。
斯大林格勒城防委员会和州党委，采取多种措施加强民兵和城市消防，组织了由工人、农民组成的许多民兵营。
苏军统帅部采取的措施，改善了斯大林格勒方向的形势，消除了德军突然冲至伏尔加河的威胁。
为攻占斯大林格勒，德军第6集团军司令决定：对斯大林格勒市中心实施两路突击，即以4个师的兵力从亚历山大罗夫斯克地域向东，以3个师的兵力从萨多瓦亚车站地域向东北，分别实施突击，分割苏军防线。斯大林格勒西北和以南的其余德军部队，则采取牵制行动。
截至9月12日，苏军斯大林格勒方面军有6个集团军防守从巴甫洛夫斯克到耶尔佐夫卡一线；东南方面军有4个集团军防守斯大林格勒市区和南部的湖泊地带。
9月13日，德军第6集团军开始对市区中部大举进攻。从9月13日到26日，德军向市中心的第62集团军所属部队反复发动冲击。9月14日，德军进攻马马耶夫岗和及号火车站，在不到4公里宽的正面集中了4个师。1号火车站的争夺持续一周之久，反复易手13次。截至26日，德军以惨重代价在一个宽约10公里的地段击退苏军，占领了市中心区一部和城市南部，从库波罗斯诺耶地域前出到伏尔加河岸，切断了苏军第62集团军与第64集团军的联系。
9月28日，斯大林格勒方面军改称顿河方面军，东南方面军改称斯大林格勒方面军。
10月27日，经补充后的德军开始发动第二次大规模强攻，主要突击指向在北部工厂区和奥尔洛夫卡地域防御的苏军部队。结果，双方在这里形成胶着状态，展开了反复争夺战。10月14日和11月11日，德军先后攻占了拖拉机厂和“街垒”工厂南部，并从这两处突至伏尔加河河岸。苏军第62集团军被分割成3个孤立部分，但在市区仍固守着3个登陆场，面积分别为14平方公里、1.28平方公里和1平方公里。第62集团军依托这3块被分割的阵地，顽强死守，阻止德军进攻，一直坚持到防御战结束。
德军为攻占斯大林格勒，仅10月份就向斯大林格勒地域增调约20万人、近90个炮兵营（5万人和1000多门火炮）、约40个受过专门攻城训练的工兵营。在苏军第62集团军的防御正面上，德军主要突击兵团达8个师，约9万人，并配备有300余辆坦克。德军不但实施猛烈的地面进攻，而且对斯大林格勒进行了大规模空袭。在市区争夺的67天中，德军共出动飞机7万余架次，平均每昼夜1000至1500架次以上。苏军航空兵在市区战斗期间，共出动飞机4.5万余架次，平均每昼夜670余架次。
苏军为增加城防兵力，确保第62集团军不断得到新锐部队补充，以便长久地与德军反复争夺，从9月14日至10月16日的33天中，陆续向市区增派了10个步兵师、2个坦克师和1个步兵旅。伏尔加河区舰队在从伏尔加河东岸向斯大林格勒运送人员、弹药和粮食方面发挥了重要作用。区舰队的舰艇经常在德军炮兵和航空兵的袭击下渡过伏尔加河，把数万名战士和数万吨物资送到斯大林格勒。区舰队的渡河拖船、渡轮和装甲艇，在保卫斯大林格勒市期间，共完成约3.5万次航行。