Trong thế trận của quân Đức năm 1942, Tập đoàn quân VI dưới quyền Paulus giữ vị trí chủ chốt. Đích thân Hitler ra lệnh Tập đoàn quân VI và Tập đoàn quân thiết giáp IV tiến quân dọc sông Volga thành một vòng cung rộng để sau cùng ép vùng trung nước Nga và Moskva giữa hai gọng kìm phía đông và phía tây.

Ngày 23 tháng 8 năm 1942, Tập đoàn quân VI đã tiến đến sông Volga, kế cận phía bắc Stalingrad. Hitler không hề ngờ vực tin tức quân báo của Đức ngày 9 tháng 9 cho rằng Liên Xô đã tung ra hết lực lượng dự phòng trên toàn mặt trận.

Tuy nhiên, quân Đức không có đủ nguồn lực để đảm bảo cho các mục tiêu của mình. Sườn bắc của Tập đoàn quân VI bị kéo dài hơn 560 kilômét dọc phòng tuyến sông Đông từ Stalingrad đến Voronezh. Để tạm thời che chắn cho điểm yếu này, Hitler đã đặt ba Tập đoàn quân của quân chư hầu: Tập đoàn quân II Hungari phía nam Voronezh, Tập đoàn quân VIII của Ý xa hơn về phía đông-nam, và Tập đoàn quân III Rumani phía tây Stalingrad. Dù thế, ngoài năng lực tác chiến đáng nghi ngờ, tất cả các đơn vị này đều thiếu trang bị, thiếu hỏa lực thiết giáp và đại pháo, thiếu cả phương tiện vận chuyển. Thêm nữa, họ bị trải mỏng trên phòng tuyến quá dài. Tập đoàn quân III Rumani trấn giữ phòng tuyến dài gần 170 kilômét mà chỉ có 69 tiểu đoàn. Nhưng Hitler chỉ có thể huy động những đơn vị quân chư hầu đến thế.

Nhưng chính phòng tuyến này là mấu chốt cho cả Tập đoàn quân VI cùng Tập đoàn quân thiết giáp IV ở Stalingrad cũng như Cụm Tập đoàn quân A ở Kavkaz. Nếu sườn sông Đông bị xuyên thủng, các lực lượng Đức ở Stalingrad sẽ bị bao vây và quân Đức ở Kavkaz sẽ bị cắt đứt đường tiếp vận hoặc đường về.

Trận chiến cứ mãi dằng dai cho đến tháng 9 năm 1942, với hai mũi tiến công của quân Đức đến Stalingrad và Kavkaz đều phải dừng lại vì Liên Xô chống cự mãnh liệt. Suốt tháng 10 năm 1942, nhiều trận đánh ác liệt diễn ra trên đường phố Stalingrad. Quân Đức đạt được vài thành công, tiến đánh từ tòa nhà này sang tòa nhà khác, nhưng chịu thiệt hại nặng nề. Nhiều vùng đổ nát của thành phố vĩ đại này tạo cơ hội mà quân Nga khai thác cho việc phòng thủ kiên cường và dằng dai. Dù Đại tướng Franz Halder (bị Hitler cách chức ngày 24 tháng 9) và người kế nhiệm Zeitzler cảnh báo Hitler rằng binh sĩ ở Stalingrad đã kiệt sức, Hitler vẫn thúc đẩy họ phải tiến. Từng sư đoàn còn nguyên vẹn được tung vào rồi bị nghiền nát trong chiến trường địa ngục.

Dù bước tiến khó khăn và thiệt hại nặng nghiêm trọng, ngày 25 tháng 10 năm 1942 tướng Paulus gọi vô tuyến về thông báo với Hitler rằng ông hy vọng sẽ chiếm được hoàn toàn Stalingrad chậm lắm là vào ngày 10 tháng 11. Phấn khích với lời trấn an này, Hitler ra lệnh Tập đoàn quân VI và Tập đoàn quân Thiết giáp IV, lúc này đang giao chiến ở phía nam thành phố, phải chuẩn bị để tiến công theo hướng bắc và nam dọc sông Volga sau khi chiếm được Stalingrad.