斯大林格勒會戰分3階段:第壹階段,遠接近地防禦：7月17日，德軍發起猛烈進攻。斯大林格勒方面軍第62、第64集團軍各前進支隊在奇爾河、齊姆拉河壹線英勇抗擊德軍六晝夜，迫使其第6集團軍展開部分主力，從而贏得了改善基本地區防禦的時間。23日，德軍開始爭奪第62、第64集團軍主要防禦地帶，企圖對頓河大彎曲部的蘇軍兩翼實施包圍突擊，進至卡拉奇地域，從西面突向斯大林格勒。但斯大林格勒方面軍第62、第64集團軍的頑強防禦和第1、第4坦克集團軍各兵團的反突擊，打破了德軍的企圖。至8月10日，蘇軍退至頓河東岸，在斯大林格勒外層圍廓占領防禦陣地，
阻止了德軍前進。早在7月31日，德軍統帥部即將第4裝甲集團軍從高加索方向調到斯大林格勒方向，其先頭部隊於8月2日進逼科捷利尼科夫斯基鎮(今科捷利尼科沃市)，形成從西南突向斯大林格勒的直接威脅。為防守這壹方向，斯大林格勒方面軍部分兵力於7日組建東南方面軍(轄第64、第57、第51集團軍，近衛第1集團軍，空軍第8集團軍，30日起增加第62集團軍，司令為A。I。葉廖緬科上將)，9～10日實施反突擊，迫使德第4裝甲集團軍暫時轉入防禦。至17日，該部德軍被阻於外層防禦圍廓。
近接近地防禦：8月19日，德軍再度發起進攻，從西面和西南面同時向斯大林格勒實施突擊。23日，德軍第6集團軍第14裝甲軍在斯大林格勒以北突至伏爾加河，企圖從北面沿伏爾加河實施突擊並奪取該市。蘇軍統帥部從預備隊中抽調第24、第66集團軍，會同斯大林格勒方面軍從北面對德軍翼側實施反突擊，牽制德軍第6集團軍部分兵力，阻敵於西北市郊。德軍統帥部繼續增加兵力，並將主力轉移到斯大林格勒方向，力圖在最短期限內攻占斯大林格勒。
第2階段,市區防禦戰鬥：蘇軍V。I。崔可夫中將指揮的第62集團軍和M。S。舒米洛夫少將指揮的第64集團軍受領了保衛斯大林格勒市區的任務。
9月13日，德軍攻入市區，次日攻占市中心的馬馬耶夫崗。巷戰中，雙方逐街逐樓逐屋反復爭奪，對火車站反復爭奪達13次之多。
蘇軍近衛第1集團軍和第24、第66集團軍9月份在該市以北幾乎不停頓地實施反突擊，有力地支援了斯大林格勒市區的保衛戰。
在斯大林格勒以南發動局部進攻戰役的蘇軍第57、第51集團軍也牽制了德軍的重兵集團。28日，斯大林格勒方面軍改稱頓河方面軍(司令為K。K。羅科索夫斯基中將)，東南方面軍改稱斯大林格勒方面軍。
9月底，德軍指揮部命令羅馬尼亞第3集團軍在斯大林格勒西北方向投入戰鬥。此時在進攻斯大林格勒的德軍“B”集團軍群編成內作戰的兵力已達80多個師。10月15日，德軍在壹個狹小地段突至斯大林格勒拖拉機廠及其附近的伏爾加河地域.11月11日，他們最後壹次企圖攻占該市，並在“街壘”工廠以南沖到伏爾加河岸，但其攻勢已成強弩之末。18日，斯大林格勒會戰的防禦階段結束。
這壹階段，德軍死傷約70萬人，損失火炮和迫擊炮2000余門、坦克和強擊火炮1000余輛、作戰飛機和運輸機1400余架。德軍統帥部企圖攻占斯大林格勒的計劃宣告破產。
第三階段,蘇軍統帥部在防禦階段就制訂了反攻計劃，其企圖是：從謝拉菲莫維奇、克列茨卡亞兩地域的頓河登陸場和從斯大林格勒以南的薩爾帕湖至巴爾曼察克湖地域分別實施突擊，粉碎德軍各突擊集團兩翼的掩護軍隊，並沿卡拉奇、蘇維埃茨基向心方向發展進攻，圍殲直接在斯大林格勒附近作戰的德軍主力。反攻開始前，蘇軍在斯大林格勒方向展開的兵力有西南方面軍(近衛第1集團軍、第5坦克集團軍、第21集團軍、空軍第17集團軍，司令為N。F。瓦圖京中將)、頓河方面軍(第65、第24、第66集團軍，空軍第16集團軍)和斯大林格勒方面軍(第62、第64、第57、第51、第28集團軍，空軍第8集團軍)，總計110.6萬人、火炮和迫擊炮15500門、坦克和自行火炮1463輛、作戰飛機1350架。蘇軍當面之敵是德軍“B”集團軍群(司令為M。von魏克斯元帥)所屬羅馬尼亞第3集團軍、德軍第6集團軍和第4裝甲集團軍、羅馬尼亞第4集團軍，總計101.1萬人、火炮和迫擊10290門、坦克和強擊火炮675輛、作戰飛機1216架。雙方兵力對比，蘇軍人員比德軍多10%，火炮和迫擊炮多50%，坦克和自行火炮多1.2倍，作戰飛機多10%。