斯大林格勒地域的德军，初期被围在东西长40公里、南北宽20公里的包围圈子里。被围的30万德军官兵每天至少需要75，000吨物资供应。纳粹德国的二号头目戈林答应每天空运50，000吨物资，但实际上每天只能运到1，000吨。被围德军每天只能分到一片面包，15个人分一公斤土豆，骑兵的马匹已被饥饿的士兵宰杀吃光，士兵只能喝雪水，伤病员无人照顾，士兵们受到饥饿和严寒的折磨，斗志丧失殆尽。坦克因缺少燃料而不能开动，火炮缺少炮弹，士兵每天只能领到30发子弹。德军因伤亡人数与日俱增，战斗力大大下降，在30万兵员中，有战斗力的已经不到25万。与此同时，苏军的包围圈在一天天地缩小，德军官兵人人都预感到覆没的命运即将来临。
苏军飞机对塞瓦斯托波尔要塞德军工事实施了攻击。德军陆军总参谋长蔡茨勒向希特勒请求批准突围，但希特勒却无动于衷，因为他另有打算。希特勒认为，德军当前最主要的任务已不是解救这些濒于灭亡的部队，而是使他们尽可能拖延时间，牵制住苏军，以便腾出手来从高加索撤退部队，并建立新的防线。
为了减少无谓的牺牲和出于人道主义的考虑，1月8日，苏军最高统帅部派使者向德军保卢斯的第6集团军发出了最后通牒，要求德军投降。苏军给予德军投降的条件是：所有被俘人员可以保留军阶领章、勋章和个人财物。通牒要求德军在24小时内作出答复。
德军第6集团军司令保卢斯用电报把苏军的最后通牒全文传给了希特勒，并要求准予随机行事。纳粹头子不顾几十万官兵的死活，立即驳回了保卢斯的请求。1月24日，保卢斯再次电请希特勒，允许他的部队向苏军投降。但得到的答复仍然是“不许投降”，要死守阵地，“直到最后一兵一卒、一枪一弹”。
到1月25日，被围保卢斯的第6集团军被击毙、击伤和被俘人员已超过lO万人，而且苏军已经把包围圈缩小到南北长20公里、东西宽3．5公里的地段上。
1943年1月30日，是纳粹在德国执政10周年的纪念日，也是保卢斯的第6集团军全军覆没的前夕。这一天希特勒下令授予保卢斯将军以元帅军衔，同时给予被围的170名德军军官各升一级，其用心是想提高他们的士气。但是第二天，即1月31日，刚刚当了一夜的德军元帅、第6集团军司令保卢斯及其司令部的全体官兵就在一家百货公司的地下室里被俘了。当时，保卢斯身着军服躺在一张铁床上，他的参谋长代表他在投降书上签了字。2月2日，被围德军全部被歼或被俘。至此，经过200天的腥风血雨的激战，斯大林格勒会战即告结束。这场战役完全改变了整个战争的局势。
斯大林格勒会战，苏军取得了彻底胜利。德军在顿河、伏尔加河、斯大林格勒地域共损失150万人，3，500辆坦克和强击火炮，12，000门火炮和迫击炮，3，000多架飞机以及其他大量的兵器、运输工具和军用物资。
苏军在斯大林格勒地域的反攻大获全胜，朱可夫，华西列夫斯基、沃罗诺夫、瓦杜丁、叶廖缅科、罗科索夫斯基等人功不可没，他们同时被授予苏沃洛夫一级勋章。另外，1943年1月18日，即斯大林格勒战役到了尾声的时候，朱可夫大将被晋升为苏联元帅。
战略反攻
斯大林格勒会战后，斯大林急于解放全部苏联领土，他命令苏联军队全线出击，打算于1943年春到达第聂伯河。在斯大林的亲自指挥下，英勇的苏军在许多战线上，取得了冬季攻势的重大战果。
1944年8月，苏联最高统帅部副统帅朱可夫元帅前往白俄罗斯第一方面军视察。斯大林格勒的胜利和全线的迅速前进，使前线司令员们滋长了过分的自信。作为一个伟大的政治家和军事家，斯大林清醒地认为过分乐观是危险的。不仅要提醒一下武装部队，而且也要提醒一下那些为胜利和敌占区的解放而欣喜若狂的老百姓。
1943年2月23日，是红军建军24周年的纪念日。这一天，斯大林宣布：“敌人的军队已受到了强大的打击，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。曼施坦因于2月19日发动了反攻。他向东北方向进军，重新占领了哈尔科夫和别尔哥罗德，并且很快威胁到了罗科索夫斯基的中央方面军，但不久就被苏军的反击阻止了。
到3月底，战事暂时停歇，一直到1943年7月初才又重新打起来。这是一个为夏季战局积极作准备的阶段。库尔斯克突出部成为这一关键性较量的战场。德国人占据着突出部北面的奥寥尔和南面的别尔哥罗德，战争狂人希特勒认为自己仍然有强大的力量来发动一次决定性的钳形进攻，以扭转他们在1942～1943年冬季的损失。
然而，苏联的工业自从1941～1942年秋冬大疏散以来已取得了非凡的成果。工业的发展使红军的装备有了极大的改进。此外，此时苏军不仅在数量上，而且在质量上都占了优势。
斯大林还亲自关心武器的研制工作，事实上，任何原型或重大改革都得经过他的批准才能投入生产。苏联人改进了的T-34中型坦克和IS重型坦克是这场战争中威力最大的坦克，大部分德国军官都承认它们的优越性。苏军的火炮，特别是火箭炮，具有强大的火力。到1943年，苏军的步枪和机枪已有了更高的射速，而且更耐用。主要的飞机设计师图波列夫、雅柯夫列夫和拉沃奇金直接向斯大林汇报工作，在战争期间，他们设计制造出了更有效的飞机。在斯大林的亲自领导之下，苏联逐渐建立起了一支强大的空军。苏军在装备方面的主要缺陷是摩托运输工具，这一缺陷由美国提供的卡车和吉普车得到了部分弥补。
战争锻炼了新一代年轻的、生机勃勃的指挥员。红军很大一部分训练有素的军官和士兵在1941～1942年的战争中损失了，但到1943年，这一损失已被有作战经验的人补充了。新的将军大都在40岁以下，他们在政治和军事方面的素质都相当高。比如切尔尼亚霍夫斯基将军，在战争开始时他指挥一个坦克军，到1944年春，在他刚刚36岁的时候，他就被任命为白俄罗斯第三方面军的司令员。查波罗热茨是一位备受信任的老布尔什维克，在第60集团军当政治委员，由于切尔尼亚霍夫斯基感到无法与他继续相处，罗科索夫斯基就要求撤换查波罗热茨，这时，斯大林立即把查波罗热茨召回了莫斯科。斯大林提拔的正是像切尔尼亚霍夫斯基那种能够大胆行动，敢于负责的专业人才。
1943年夏季接近时，苏军和德军都在库尔斯克地区紧张地集结兵力和兵器。这几个星期里，斯大林一心所想的——朱可夫也有同感一仍然是保卫莫斯科。两人都认为，德国的战略可能是从库尔斯克往东北打，从东面包围首都。当前的问题是，要不要在突出部的南面和北面对德军阵地发动先发制人的进攻。斯大林所收到的高级将领们的建议是互相矛盾的。1943年4月12日，最高统帅部和总参谋部召开会议，商讨采取什么战术。朱可夫、华西列夫斯基和总参谋部竭力反对发动先发制人的突击；他们认为苏军应当让敌人进攻，让敌人在苏军坚不可摧的库尔斯克防御面前消耗自己的有生力量。然而，直至现在斯大林还没有把握红军是否能够顶得住德军的大规模进攻。他心里明白，苏联军队对德军的攻势是在冬天的条件下取得胜利的。夏季攻势可能会有预料不到的问题。在会上他听取了各种不同的意见，为了慎重起见，斯大林没有忙于作出决定。