希特勒军队虽然在莫斯科受到了重创,但总体说来仍是有实力的。为了挽回败局,希特勒又命令德军从南面、西北部和北面同时向斯大林格勒挺进,苏军在一些地区受到了较大的挫折,一些部队在撤退时秩序混乱,甚至没有接到命令就擅自撤退,从而加剧局势的恶化。根据这一形势,1942年7月,斯大林以国防人民委员的名义发布了第227号命令。这个命令明确了对惊惶失措者和破坏纪律者进行严惩的强硬措施,坚决地谴责了“退却”情绪。命令提出了“不得后退一步”的要求必须成为作战部队的铁的纪律。由于加强了政治工作,这项命令更加有力了。一方面严惩,另一方面就得奖励。在要求有铁的纪律和牺牲精神的同时,最高统帅部采取措施提高军官的地位,激发他们的荣誉感和爱国主义精神,如设立了亚历山大涅夫斯基勋章、苏沃洛夫勋章和库图佐夫勋章,作为专门授予军官的奖赏。1942年7月12日斯大林建立了新的斯大林格勒方面军,在通往斯大林格勒的接近地上展开了构筑防御地区和筑垒地区的工作,如同防御莫斯科时一样,千万名居民奋不顾身地参加了构筑防御地区的工作。德军在继续前进,但由于受到苏军顽强抵抗,举步维艰。
由于德军的迅速合围,斯大林格勒和整个南方都危在旦夕,处在危急状况下,盟国尚未作出能减缓斯大林格勒危急局势的有效行动,英国政府拒绝1942年在欧洲开辟第二战场,使得所有希望开辟第二战场的苏联人民遭受了精神上的打击,前线红军的处境更为困难,也使得苏联统帅部的计划遭受了破坏。斯大林深深认识到,如果放弃了斯大林格勒,苏军南部同中部的联系就将被切断,这不仅是斯大林格勒的灾难,而且还会失去一条水路干线,不久还将失去石油,因此,他带领苏联人民不得不在一种孤立的状态下抵抗法西斯来势汹汹的攻击。同时,希特勒也势在必得地要拿下这座城市,与其说是从战略上和经济上考虑,倒不如说更多地是从其他方面因素来考虑的,因为斯大林格勒更接近他们的主要战线,于是他从主要战线和其他地方抽调力量,力图攻克它。苏德军队进行了激烈战斗,斯大林每天都直接指挥战斗,最后进行了激烈的巷战,守城的苏军士兵和工人拼死抵抗,日日夜夜都在进行着空前激烈的搏斗,双方参战兵力达到200余万人,经历了200多天血腥的战斗,直到1943年2月,苏军以重大伤亡为代价最终守住了城市,这次会战以德军失败而宣告结束,德军在顿河、伏尔加河、斯大林格勒地域总共损失约150万人,3500辆坦克,12000门火炮,3000架飞机及大量的其他技术兵器。这些损失对希特勒德国的整个战略地位产生了极大的影响,并彻底动摇了其整个战争机器,此役被认为是苏德战场和第二次世界大战的历史性转折点,从而迫使希特勒转入战略防御。
斯大林格勒大会战是史诗般的事件。苏联军队的胜利标志着战争向有利于苏联的根本转折的开始。从此苏联完全掌握了战略主动权,并一直保持到战争结束。斯大林格勒的胜利还引起了巨大国际反响。在斯大林格勒会战后,反法西斯的力量终于获得了不可战胜的信心,而这种信心又在相当大程度上震撼、动摇了德国争取胜利的能力。在斯大林格勒会战胜利后,苏联军队乘胜前进,在许多战线上都取得了重大成果。希特勒军队受到重创,但还没有完全溃败。1943年2月23日,红军建军24周年之际,斯大林告诫:“敌人的军队已受了强大的打击,可是敌人还没有被彻底打败。”他号召苏联陆军、海军和空军加倍努力,这一警告非常及时。