苏德战争自爆发以来，至斯大林格勒战役结束，战场的主动权一直掌握在德军手中。作为防守的一方，苏联首先要考虑的是德军将在哪里进攻。根据苏军统帅部的判断，德军在1942年春汛结束后，进攻的重点仍然是莫斯科，所以苏军在这一地区部署了重兵。为了防止德军从南面向莫斯科迂回，苏军统帅部将防御重点向南延伸到了距离莫斯科400公里、顿河中游沿岸的沃罗涅日。
德国是如何计划的呢？我们现在依然可以完整地了解到德军统帅部在1942年初制定的“蓝色计划”方案。它的目标并非莫斯科，而是苏联的产油区高加索油田。这是一个庞大的作战计划，为了确保行动顺利完成，统帅部将蓝色方案细化，分成四个阶段完成。同时德军在基本保留了北方集团军群和中央集团军原有兵力外，将国内新组建的部队和新生产的装备都优先分配给了南方集团军群。
为了便于指挥，德军统帅部将体量越来越庞大的南方集团军群分成A、B两个集团军群。其中B集团军群还分成魏克斯集群和第6集团军两个作战单元。A集团军群下辖第11、第17集团军和第1装甲集团军；魏克斯集群下辖第2集团军、第4装甲集团军和匈牙利第2集团军。
被细化的蓝色方案其实就是明确了夺取高加索油田前的几个分阶段目标。在方案的第一阶段，即“蓝色1号”方案中，魏克斯集群在第6集团军一部的协助下，渡过顿河夺取沃罗涅日。目的是造成德军要从南面迂回莫斯科的假象，同时在战场北端形成一个屏障，防止苏军南下干扰德军后续进攻。
“蓝色2号”行动由A集团军群执行，第4装甲集团军则配合行动。目标是肃清顿河中游的苏军，争取在顿河西岸歼灭苏军西南方面军和南方方面军残存的主力。
“蓝色3号”行动由第6集团军完成，保卢斯将沿顿河一路向东南进攻，夺取斯大林格勒，至少也要把该城置于德军火力控制之下。其目的仍然是解除德军南下高加索时的后顾之忧。
“蓝色4号”行动则是德军最终的作战目标，在第6集团军东取斯大林格勒的同时，魏克斯集群留在原地坚守顿河中游一线，A集团军群则南下先夺取罗斯托夫，然后越过高加索山脉，攻占外高加索（南高加索）地区的石油重镇巴库和格罗兹尼。
由此可见在德军统帅部的作战设想中，夺取斯大林格勒不过是掩护德军南下的行动，并没有意识到这里将发生一场决战。而保卢斯和他的第6集团军则戏剧般地成为苏德战场1942年的主角。
在蓝色计划实施前，第6集团军内集结了18个师（含2个装甲师和1个摩托化师），兵力达到33万人。集团军还拥有500辆坦克、7000门火炮以及2.5万匹马，美中不足的是集团军摩托化程度低。尽管如此，第6集团军仍然是被陆军总部视为“由一流部队组成的精强军团”。
1942年6月28日，蓝色行动正式开始实施。魏克斯集群从库尔斯克地区出发，由西向东向顿河左岸的沃罗涅日发起攻击。与此同时，保卢斯的左翼则向东北方向攻击，将苏军第21和第40集团军各一部合围，肃清了魏克斯集群的右侧翼。第6集团军的右翼第40装甲军（含第3、23装甲师，第29摩托化师）则奉命南下，争取在沃罗涅日以南300公里的米列罗沃与第1装甲集团军会师，包围逃往顿河的苏军残部。
根据战前计划，与第40装甲军一同南下的还有霍特指挥的第1装甲集团军，但B集团军群总司令博克坚持让霍特协助第2集团军夺取沃罗涅日，因为在这一地区突然冒出了大批苏军坦克部队。
由于攻击力量被削弱，苏军迅速撤至顿河左岸。截至7月8日，魏克斯集群宣布俘虏了2.8万名苏军，击毁和缴获1000辆坦克（这个数字太夸张了）、500门火炮；保卢斯的第6集团军俘虏了4.5万人，击毁和缴获坦克200辆、火炮700门；而A集团军群也仅是打了一场击溃战，并没有捕捉到苏军主力。
至此德军基本完成了蓝色1号和2号作战行动。虽然德军没能围歼苏军主力，使其逃脱。但据苏军资料记录，苏军西南方面军和南方方面军在撤退过程中失去指挥，大部分部队没能归建。
7月11日，第6集团军先头部队已经进至斯大林格勒州境内。这立即引起苏军统帅部的警觉，斯大林随即将已经名存实亡的西南方面军改名为斯大林格勒方面军，并命令刚刚划入该方面军的预备队第62、第63、第64集团军务必阻止德军东进。也就是在这一刻起，苏联方面率先意识到了斯大林格勒的重要性。同时也判断出德军将南下夺取罗斯托夫，遂立即命令逃出包围圈的南方方面军残部（约10万人）向南退往顿河下游构筑防线。
德军对斯大林格勒的重视程度陡然上升开始于7月18日，陆军总长收到报告：苏军已决心坚守斯大林格勒。当天哈尔德记下了希特勒的决定：“元首立刻发布了最高命令，将沿着宽大正面渡过顿河，开始斯大林格勒之战。”
希特勒究竟出于什么考虑，突然对斯大林格勒感兴趣？这是一个后来被不断争论的问题。为了掩护高加索A集团军群的侧翼安全？为了截断通过斯大林格勒的伏尔加河南北交通线，使高加索的石油无法外运（德军空袭下的1942年7月29日这一天，苏联就通过伏尔加河运输了22万吨石油）？还是企图以此为基地，为进攻莫斯科的计划作准备？
从战场态势上看，德军更有可能是担心顿河一线的安全。蓝色1号和2号行动并没有达成预期目标，魏克斯集群一直遭到苏军后续部队的不断冲击。而保卢斯的正面虽然并没有多少苏军，但他的左侧翼、顿河北岸，苏军正在利用发达的铁路线向这里集结重兵。如果这里被突破，那么苏军就可以迅速冲向A集团军群的身后，切断其补给线并对A集团军群形成南北夹击之势。
7月19日，德军对第6集团军进一步补强，在原有的第8、第17和第29军基础上（第40装甲军已经划归第1装甲集团军），又将第14装甲军和第51军划归第6集团军指挥。经过这番加强后，保卢斯手头实力猛增。他麾下的第6集团军在7月份的总兵力达到364000人，并拥有2个装甲师（第16、24装甲师）、2个摩托化师，共有290辆可用坦克，另有一些强击火炮。
配合保卢斯行动的航空部队为第8航空军。共有9个战斗机大队、9个轰炸机大队、3个俯冲轰炸机大队。第8航空军隶属的第4航空队在7月27日拥有的1803架飞机，有超过1000架被集中在斯大林格勒方向，其中包括约300架战斗机、300架轰炸机和80多架俯冲轰炸机。另外德国空军第9高射炮师在地面支援保卢斯。该师有48门88毫米高炮、400多门20～37毫米高炮、18门50毫米自行火炮。
同期苏军在斯大林格勒地区的兵力仅为18.7万人，装备有360辆坦克、各种口径的火炮和迫击炮7900门（苏军一贯把小口径迫击炮统计在内）。其中第62、64集团军合计有102926人、609门火炮、1760门迫击炮、332辆坦克。斯大林格勒方面军编成内的第8空军集团军得到大本营派来的10个空军团共200架可用作战飞机。
7月17日，德国第8军先头部队第113步兵师、第100歼击师在一个叫普罗宁的小村（苏第62集团军右翼前沿）遭遇了第192步兵师先遣支队（第676步兵团、第293炮兵团第1营、第644坦克营）。斯大林格勒会战正式打响。
自7月11日进入斯大林格勒州境内，至遭遇苏军第62集团军阻击的7月17日，第6集团军平均每天可以推进30公里，但此后则减少到每天12~15公里。直到7月22日，保卢斯的大部队才前出到苏军第62、64集团军主阵地前。而为了保障A集团军群能够快速通过顿河和高加索山脉之间的戈壁滩，德军统帅部把后勤力量全部用在A集团军群方向，导致第6集团军得到不足够的原料，机动性大大降低。
德军统帅部在这段时间的指挥相当糟糕，命令自相矛盾。在把油料优先供给A集团军后，希特勒于7月23日又下达了第45号训令，标题是《继续不伦瑞克战役》，而所谓的不伦瑞克战役正是蓝色3号行动—进攻斯大林格勒的另一个代号（蓝色2号也称“克拉塞维茨”，蓝色4号也称“火绒草”）。
在这份训令中希特勒强调：红军虽然只剩下一些残余兵力，但仍将在高加索方向部队的加强下死守斯大林格勒。为了保障高加索德军的侧翼，B集团军群必须在构筑顿河防御阵地的同时，攻占斯大林格勒，同时切断顿河至伏尔加河之间的陆地联系，破坏水上运输。尔后，德国装甲摩托化部队必须沿伏尔加河冲向阿斯特拉罕（伏尔加河注入里海的入海口），同时使伏尔加河的主要航道交通瘫痪。
保卢斯希望通过一轮快速奔袭一举拿下斯大林格勒。他将第17和第29军的5个师部署在战线北翼，在310公里宽的正面追击正在撤退的苏军第63和第28集团军。在战线的中段和南翼、210公里宽的正面，则集中了集团军主力。其中第8军和第14装甲军共6个师，当面苏军是第62集团军的3个师；第51军和第24装甲军共4个师，当面苏军是第62集团军另外3个师以及第64集团军一部。
在主要进攻地段，德军共投入10个师（2个装甲师、2个摩托化师、1个轻型师和5个步兵师），总兵力15万人、300辆坦克。当面苏军兵力为10万人、332辆坦克。
第6集团军的计划是首先抢占顿河上的卡拉奇渡口，并在西岸围歼守军主力；尔后渡过顿河向斯大林格勒突击。根据德军战前估计，在顿河至斯大林格勒地区，苏军将无兵可守。
第6集团军最初的战斗进行得非常顺利，空军反馈的情报表明，前方到处都是蓬头垢面的苏军溃兵和携家带口的老百姓，在空中袭扰、扫射和轰炸下，正通过顿河、伏尔加河向大后方逃亡。虽然7月份的顿河草原被热浪裹挟，地表温度超过50摄氏度，但保卢斯相信，第6集团军很快就会完成最后120公里的行军，于7月25日冲进斯大林格勒。
7月23日，中路德军向苏军第62集团军阵地倾泻了1个小时的炮火，随后空军以60~70架飞机为一组，一波接一波将炸弹扔到守军阵地上。当炮火准备和空袭结束后，躲在单兵壕里的苏军已经被尘土掩埋了大半个身体，当他们从震耳欲聋的爆炸声中逐渐清醒过来时，看到的则是排成楔形队形的德军坦克集群正向他们开来。幸存的苏军虽然进行了顽强的抵抗，但防线很快就土崩瓦解。
7月24日，南路德军也突破苏军防线，第60摩托化师和第100歼击师迅速北上，肆无忌惮地袭扰苏军后方医院，碾压和扫射苏军伤员和医护人员。苏军的几个师级指挥部也成了德军的猎物，混乱中苏军各师指挥系统失去了对部队的掌控，第62集团军的3个步兵师（含1个近卫师）、1个坦克旅和3个炮兵团被包围在顿河西岸。
同样在7月24日这一天，苏军大批坦克出现在战场上，首先投入战斗的是第13坦克军的100辆坦克。此时此刻，保卢斯应该还没有意识到，在接下来的几个月，苏军总会给他这样的“惊喜”。为了守住卡拉奇渡口，苏军在随后的几天先后投入了4个坦克军、550多辆坦克，向德军突击集团持续发动反冲击，双方在顿河沿线展开了大规模的坦克交战。
不过苏军的坦克都是紧急从后方调往前线的，由于前线的战斗已经十万火急，他们不能等待部队完成集结后再投入战场，而是每到一批部队，就立即冲向战场。苏军坦克集群在数量上有优势，但分散投入让这种优势完全可以忽略不计。在顿河草原上，到处散落着起火燃烧或故障抛锚的苏联坦克。当然苏军的不讲战术、不计伤亡的反击也得到了回报，保卢斯的第6集团军没能渡过顿河。
对于原来估计很快就能冲到斯大林格勒的保卢斯和他的参谋长阿图尔·施密特来说，这种情况是始料未及的。他们开始预感到，战斗将会日益激烈起来。
对红军声势浩大的顿河反击感到吃惊的，并不仅仅是保卢斯，希特勒和他的幕僚们也是如此。但这也引发了纳粹元首对斯大林格勒更大的兴趣：红军在顿河渡口一线拼力战斗，固然给保卢斯带来了巨大压力，但大量红军不是撤退，而是聚集到顿河西岸，也为德军大量歼灭他们提供了可能。
希特勒也清楚，单凭保卢斯现有的兵力很难取得重大突破，必须调派强有力的援兵。为此希特勒在7月30日决定从高加索的A集团军群调出霍特的第4装甲集团军（辖第48装甲军、第4军和罗马尼亚第6军）支援保卢斯，进攻斯大林格勒方向红军脆弱的南翼。
正如德军判断的那样，斯大林格勒守军正源源不断地得到补充。除了在顿河投入战斗的第1和第4坦克集团军所属的4个坦克军，来自远东地区的10个精锐步兵师也被调到斯大林格勒。霍特的第4装甲集团军先头部队（第14装甲师和第29摩托化师）北上后，一头撞向了同样刚刚抵达战场的远东第126步兵师和2个苏军坦克旅。
战斗从8月初进行到8月8日，其间苏军又得到了3个步兵师和1个坦克旅的加强。8月9日，新任东南方面军（8月5日，苏军将斯大林格勒方面军拆分为北面的斯大林格勒方面军和南面的东南方面军）司令员叶廖缅科向霍特发起反击，重新夺回了刚刚失去的南翼防御要点——第74公里会让站。经过这一轮的战斗，霍特唯一的坦克集群第14装甲师只剩下26辆坦克可用。
趁着霍特将苏军的防御注意力吸引到南翼，保卢斯重新调整了部署，并等到了物资补充。他把第6集团军分成两个集群，北翼第8和第17军牵制住苏军第38集团军和第4坦克集团军；南翼的4个军则从南北两个方向夹击苏军第62集团军8个残破师坚守的卡拉奇渡口突出部。
8月7日拂晓，保卢斯发动了进攻。北面第14装甲军以3个师约200辆坦克从北向南，几乎笔直地穿透了苏军2个师的脆弱战线，迂回到了苏军身后。同时在南面攻击的德军第24装甲军也以3个师近140辆坦克迫使守军后退。德军装甲前锋已经突入苏第62集团军指挥所后方。司令员洛帕京中将慌忙放弃了指挥所，逃向对岸的卡拉奇。一片混乱当中，第62集团军司令部与所属部队的联系几乎全部中断。
8月8日，德军第16装甲师与北上的第24装甲师会合。德国人成功夺取了卡拉奇大桥，切断了苏军第62集团军主力通往顿河东岸的退路，将苏军6个师残部和5个炮兵团合围。自8月11日起，第6集团军着手肃清顿河西岸的苏军，第62集团军只有为数不多的成建制部队撤到了东岸。至8月20日，保卢斯的第6集团军俘虏苏军3.5万人。
接下来，第6集团军将渡过顿河，向斯大林格勒发起冲击……
