自此之后的十多天里，第四航空队继续对城区展开轰炸。斯大林格勒白天浓烟滚滚，夜晚就火光冲天。
9月13日，德第六集团军担任主力，从斯大林格勒城北发动了猛烈的突击。因为城内一片废墟，装甲车难以通行，装甲军只能从城南开始推进，策应德军在城北的进攻，著名的斯大林格勒攻防战就此拉开帷幕。
德军凭借着火力压制，迅速切入市区，与守城的苏军展开了激烈的巷战。对于参与该战役的苏军来说，死亡就是他们的归宿，唯一的变数就是在死之前尽量多的击*德军。城中的大部分居民都已死亡，只有一小部分幸运地逃了出去。
此后，斯大林格勒每天都是炮火连天，硝烟笼罩了整座城市，所有建筑物都被摧毁。如果身临其境的话，你只会听到枪炮声以及哀嚎声。德军为了快速占领斯大林格勒，整团整师地发起冲锋，一开始双方依靠阵地战打得有来有回，后来直接就演变成了短兵相接的白刃战，只要能把敌人弄死，任何东西都可以成为武器。
双方巷战期间，不断进行着围剿与反围剿，一个阵地上一分钟还是被苏军占领，下一分钟就被德军攻占。战场上的尸体也不计其数，双方也来不及打扫战场，这些尸体不是自然腐烂就是被无差别的炮火炸成了肉泥，整座城市弥漫着硝烟味、腐肉味以及血腥味混合的怪味。
德军大显神威的坦克在废墟上失去了灵动的特性，只能化身移动炮台缓慢前推，给予必要的火力打击。同时，苏军战士也没有坐以待毙，在身上捆绑好反坦克手雷，扑向坦克，与之同归于尽。
城内的战斗进行数天后，已经没有固定的阵地可言，双方军形成了你中有我、我中有你的局面，相遇以后就是一场厮*。此时的斯大林格勒宛如人间炼狱，尸体密密麻麻布满了整条街道。
10月以后，双方的战斗进入了白热化阶段，城市的样貌早已不复存在，宽大的地基向人们诉说着这里曾经的繁华。双方士兵根本没有休息的时间，一不留神就陷入到激烈的战斗中去，为了争夺每一寸领土，打得不可开交。为了更好地歼灭敌军，双方都组织了大量的狙击兵，在废墟之中相互猎*。
10月15日，此时的德军虽然占领了斯大林格勒三分之二的地区，但是遭到苏军更加顽强地抵抗，本就奋战多日的德军，早已外强中干，无力向前推进了。
战斗就这样拖到了11月，此时的苏联已经进入了冬天，最低气温达到了零下30℃，胜利的天平在慢慢向苏联倾斜。毕竟对于德军来讲，恶劣的天气与敌人的炮火一样凶猛。
眼看局势对德军不利，身在德国的希特勒火速致电保卢斯，要他不计一切后果攻占斯大林格勒，否则就要受到军事处罚。
于是，保卢斯率领他的第六集团军发动了最后一次大规模进攻。苏军明白敌人面临的处境，则拼命抵抗德军的进攻，誓死守卫斯大林格勒。白刃战再次爆发，双方伤亡惨重，尸积如山。
最终德军冲到伏尔加河边时，已是饥寒交迫、无心再战。无奈之下，保卢斯只有原地坚守，等人来救援。然而，德军的末日也将要来临了。就在第六集团军与苏军拼死战斗的同时，苏军总指挥官朱可夫大将向斯大林格勒方向秘密调集了110万兵力。
11月19日，苏军南北夹击，在斯大林格勒后方的卡拉奇会合，将位于斯大林格勒的德第六集团军团团包围。看到大势已去的保卢斯，立即向希特勒致电请求突围，可希特勒却固执地要求他在原地坚守，并由戈林元帅的空军负责空中补给。
12月12日，德曼施坦因部率军支援斯大林格勒，一路向前突围，连续撕裂了苏军好几道防线。突围到距离包围圈只有40公里的地方时，苏军调遣重兵围了过来，曼斯坦因要求保卢斯向南突围与自己会合。然而保卢斯不敢违背希特勒的命令，放弃了这次突围，选择在原地坚守，曼斯坦因无奈之下只能撤退。
至此，德第六集团军彻底失去了逃生的机会。
困守在斯大林格勒的第六集团军，处境十分恶劣，当时的气温已经降到零下45℃，终日风雪连连。士兵们衣着单薄，瑟瑟蜷缩在废墟之中，冻得连枪栓都拉不开，只能拆房屋、烧家具取暖。
德国空军的空运补给也因风雪弥漫，常常得不到保障，有时一天有几十吨，有时只有几吨，而当时苏联境内的德军补给，每天至少需要700吨。成百上千的士兵患上了伤寒和痢疾，还有些士兵被活活冻死。
苏联方面在多次劝降保卢斯无果后，于1943年1月10日向保卢斯残部发起了全面进攻。随后，德军机场被攻破，这就意味着第六集团军的补给线被彻底切断。
保卢斯希望希特勒能够准许他们投降，可希特勒直接拒绝了他的请求，并授予了他元帅节仗，鼓励他继续抵抗下去。其实到这里，希特勒的意图已经很明显了，他在逼保卢斯自尽殉国，因为德国历史上从来没有元帅被俘虏过。
