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史達林格勒戰役是第二次世界大戰中納粹德國及共盟國與蘇聯為爭奪蘇聯南部之史達林格勒而進行之戰役，該戰役時間是從1942年7月17日至1943年2月2日止。

它是戰爭的轉捩點，該戰役是現代歷史上最血腥的戰役（根據傷亡數字），雙方傷亡估計接近2,000,000人，戰役之參與人數比歷史上其它任何戰役均為多，更以殘忍及雙方漠視軍事和平民傷亡而著稱，德軍之攻勢首先攻入史達林格勒，市區的巷戰，蘇聯紅軍的反攻而最終包圍及消滅在城市周圍之德國第6軍團及其它軸心國軍隊，這是德國在第二次世界大戰中的首次大規模戰敗。蘇聯及俄羅斯書本均描述這是史達林十大突擊之一。

1941年6月22日，德國實施巴巴羅薩行動(Unternehmen Barbarossa)，德國裝甲部隊及其盟友入侵蘇聯，快速深入蘇聯領土，到12月，經過在夏季和秋季數次戰敗後，蘇聯紅軍在莫斯科戰役期間發動反攻及成功將德國軍隊(德意志國防軍)從莫斯科外圍擊退。

在1942年春天，德軍已將新戰線穩固在大約由北面的列寧格勒至南面的羅斯托夫之間，戰線上有數個因蘇軍擊退了德軍形成的突出部，尤其是在莫斯科西北及卡爾可夫以南，但沒有一個可造成威脅，在遙遠的南方，德軍仍控制了烏克蘭及克里米亞的大部份地區，雖然塞瓦斯托波爾及刻赤半島小部份地區仍在蘇軍手中。

德軍相信當冬季天氣再不能影響其機動力時可以將蘇聯紅軍打敗，有一些實質事情可支持他們的信念：當德國中央集團軍(Heeresgruppe Mitte)遭受慘重損失時，其百分之六十五的步兵沒有在冬季戰役中進行戰鬥，而是已經休息及被重新裝備，而德國北方及南方集團軍在整個冬季中並沒有受到特別困難的壓迫。

史達林格勒的重要性
攻佔史達林格勒對希特勒十分重要是由於兩個主要原因，首先，它是伏爾加河上的主要工業中心 – 一個聯繫裡海與蘇聯北部的重要交通中心，結果是，德軍攻佔該城將有效改善對北部的物資和貨物運輸；第二，攻佔它將保護德軍的左翼，因當時德軍攻進了高加索油田地區 – 以達到切斷對史達林戰爭機器的石油供應的戰略性目標，事實上該城是用蘇聯領袖約瑟夫·史達林的名字命名，攻佔它能在意識形態及宣傳上獲得成功。

蘇聯人認識到這些理由，因此雖然在時間和資源上有極大的限制，仍然命令派遣任何可拿起步槍的人進入該城防守，戰爭到這階段，蘇聯紅軍對比德軍來說仍沒有能力實施高度機動化的行動；但是，戰鬥在龐大的市區內進行，這些戰鬥是由手拿的小型槍枝而不是由裝甲及機械化戰術主導，因而蘇軍缺點的影響可減到最低。

德國南方集團軍被選擇通過蘇聯南部草原向高加索全速前進以攻佔蘇聯在當地重要的油田。不同於他的參謀長的建議集中在莫斯科方向，希特勒繼續派遣部隊進入烏克蘭東部。計劃中的夏季攻勢代號為藍色行動("Case Blue")，實施計劃的包括德國第6、第17軍團、第4及第1裝甲軍團。南方集團軍在1941年已攻擊烏克蘭蘇維埃社會主義共和國，該集團軍已在烏克蘭東部作好準備以作為該攻勢之矛頭。

但是希特勒干預，命令該集團軍一分為二，A集團軍由威廉·李斯特指揮，繼續指揮第1裝甲軍團及第17軍團向南進入高加索；B集團軍包括弗里德里希·包路斯的第6軍團和赫爾曼·霍特的第4裝甲軍團向東面的伏爾加河及史達林格勒前進，集團軍最初由陸軍元帥費多爾·馮·博克指揮，後來改為由馬克西米連·馮·魏克斯上將率領。

藍色行動原定在1942年5月底展開，但是一部份參加該行動的德軍及羅馬尼亞王國部隊當時正在克里米亞半島參加圍攻塞瓦斯托波爾，推遲該圍城戰亦令藍色行動的開始數度被改動之結束，及該城直至6月底還未有陷落。同時一次較少規模的行動德軍在第二次卡爾可夫戰役中包圍切斷蘇軍的突出部，導致大批蘇聯軍隊在5月22日被包圍。

藍色行動最終在1942年6月28日展開，南方集團軍開始對蘇聯南部的進攻。德軍的攻勢起初非常順利，蘇軍在空曠的草原抵抗微弱及開始向東潰逃，數次重新組織防線的嘗試均因為德軍部隊的側擊而歸於失敗，兩個主要的包圍圈被形成及消滅：第一，於7月2日在卡爾可夫東北部；第二於一星期後在羅斯托夫州米列羅沃附近。同時匈牙利第2軍團及德國第4裝甲軍團已實施對沃羅涅日的進攻，並於7月5日攻佔該城。

第6軍團最初的進攻成功令希特勒干預及命令第4裝甲軍團轉加入在南面的A集團軍，當第4裝甲軍團與第6軍團因同時使用該地區少數的道路時造成交通堵塞，兩個軍團因而停止前進以嘗試疏導數以千計的車輛，延續的時間是長的及令部隊未能前進最少一個星期，由於前進緩慢下來，希特勒改變其想法及命令第4裝甲軍團重回對史達林格勒進攻上。

到7月底，德軍已壓迫蘇軍渡過頓河，在這裡頓河與伏爾加河之間只距離40公里，德軍遠離其在頓河以西的主要供應基地，這對以後的戰役進程有重要的影響。德軍開始使用義大利、匈牙利及羅馬尼亞同盟的部隊以掩護其左(北)翼。
義大利軍在戰鬥中並不勇敢，但他們卻在官方公報中數度獲得稱讚。
當時德國第6軍團已前進到距離史達林格勒只有40公里的地方，第4裝甲軍團當時在它的南面轉向北進以幫助攻取這座城市。在南方，A集團軍正進入高加索，但其進展因補給線過長而開始遲緩。兩個集團軍之間亦因距離過大而不能互相支援。
當德軍的意圖在7月份變得明顯時，史達林在1942年8月1日任命蘇聯元帥安德烈·葉廖緬科為西南方面軍司令，葉廖緬科及人民委員尼基塔·赫魯曉夫被授與籌劃防守史達林格勒的任務。
史達林格勒的東面是寬闊的伏爾加河，在河的對岸，更多蘇軍單位被部署在這裡，這些單位組成新的蘇聯第62軍團。葉廖緬科在1942年9月11日任命瓦西里·崔可夫陸軍中將被第62軍團司令。第62軍團的任務是不惜一切代價堅守史達林格勒，崔可夫在該戰役期間獲得蘇聯英雄稱號。

對於德軍的進攻蘇軍已作準備，利用船隻渡過以對全城補給糧食、牛和鐵路機車車輛，這樣令蘇軍在德軍攻擊開始前暫時解決城市內糧食短缺的問題。一些工廠仍在生產，特別是其中一間生產T-34坦克。在德意志國防軍到達前，德國空軍已轟炸伏爾加河，特別是切斷進入該市之補給路線，令蘇軍船隻不能使用，從7月25日至7月31日，32艘蘇軍船隻被擊沉，另外9艘被迫報廢。
該戰役是由沃爾弗拉姆·馮·里希特霍芬男爵指揮的德國空軍第4航空隊對該市進行的猛烈轟炸中展開，該航空隊在1942年夏季及秋季時是全世界最強大的航空隊。數以千噸計9炸彈傾瀉入市內，該市很快就變成一片廢墟，雖然一些工廠仍在繼續生產同時工人仍參加戰鬥，克羅埃西亞第369加強步兵母是唯一的非德國單位被德意志國防軍選擇在攻擊行動中進入史達林格勒城內進行戰鬥。

史達林倉皇地派出所有可用之部隊到伏爾加河東岸，其中一些來自遙遠的西伯利亞，所有正式的渡輪已很快被德國空軍炸毀，因此這些部隊需要乘坐駁船緩慢地用拖船拖過河。
他又禁止居民從該市撤走因他相信他們的存在會鼓勵守軍進行更頑強的抵抗，居民包括婦女及兒童被派往修築戰壕及防禦工事。德軍在8月23日的一次大規模空中轟炸導致一場火災旋風，殺死數千人及將史達林格勒大片土地變成廢墟和燒成斷垣殘壁，在捷爾任斯基地區百分之九十的住宅被破壞。在8月23日至8月26日間，蘇軍的報告指出轟炸共導致955人死亡及1,181人受傷，共有40,000人傷亡的數字被跨大。
8月25日後，蘇軍沒有記錄因轟炸而造成平民及軍事上的傷亡數字。
德軍步兵快步通過史達林格勒蘇聯空軍被德國空軍打得四散潰逃，從8月23日至8月31日間蘇聯空軍在中央地區損失了201架飛機。雖然在8月份得到數以百計飛機的補充，但蘇聯空軍在該市只有192架可供使用的飛機，其中57架是戰鬥機。
蘇軍在9月底繼續投入大量空軍兵力增援史達林格勒，但繼續付出巨大損失；德國空軍完全控制了天空。但是，由於蘇聯在1941年之工業搬遷，蘇聯的飛機生產數字到了1942年下半年已達到15,800架，這能確保保留足夠兵力及建立預備隊，並最終在之後超越德國空軍。

最初防守該市之責任便落在第1077高射炮兵團身上，該團主要由年輕及沒有受過射擊地面目標的女性自願者組成，雖然如此，但由於沒有其它蘇軍單位增援，該團仍堅守崗位及攻擊前進的德軍坦克，德軍第16裝甲師報告曾與第1077團的高射炮兵交戰直至37門高射炮被擊毀或繞過，第16裝甲師亦發現因蘇軍兵力短缺，他們已經與一些女性士兵交戰。
開始時，蘇軍廣泛地依賴工人民兵即沒有直接參與軍工生產的工人進行戰鬥，在一段短時間內，坦克繼續被生產及由工廠工人由人駕駛的，它們直接被由工廠駛至前線，很多時候沒有迷彩或甚至成為攻擊目標。
8月底，B集團軍已經最終到達在史達林格勒北面的伏爾加河，跟隨著是向河南面的另一個進攻。9月1日，蘇軍只能冒著德軍炮轟和轟炸的危險橫渡伏爾加河對史達林格勒城內之守軍進行增援及補給。

9月5日，蘇聯第24及第66軍團對德國第14裝甲軍發起大規模反攻，德國空軍對蘇軍炮兵據點及防線實施大規模轟炸幫助德軍地面部隊擊退這次反攻，蘇軍在反攻數小時後就被迫在中午後退，參與進攻的120輛蘇軍坦克中，有30輛被炸毀。

在史達林格勒的市街戰蘇軍的行動經常受到德國空軍的干擾，9月18日蘇聯第1親衛及第24軍團在Kotluban對德國第8軍實施反攻，德國空軍第8航空軍派遣斯圖卡俯衝轟炸機以阻止蘇軍突破，該攻勢最終失敗，第8航空軍報告斯圖卡俯衝轟炸機在這天早上擊毀了106輛坦克中的41輛，同時Bf 109戰鬥機共擊落了77架蘇軍起飛機。
為了守衛破爛的城市，蘇聯第62和第64軍團包括蘇軍第13親衛狙擊師在民居及工廠中的堅強據點防守，在廢墟般的城市中進行激烈而絕望的戰鬥。第13親衛狙擊師由亞歷山大·Rodimtsev陸軍少將指揮，他因該戰役的英勇表現而獲得了兩次中其中一次蘇聯英雄稱號。一名新到作戰的蘇軍士兵平均生存時間已少於24小時，而一名蘇軍軍官不多於3天。史達林在1942年7月27日發出的第227號命令指出所有指揮官未經授權而擅自撤退將交付軍事法庭審判，「不能後退一步」是一個口號，德軍向史達林格勒城內推進時付出了巨大的死傷代價。

德軍的軍事教條是基於協同作戰及坦克、步兵、工兵、火炮及攻擊機互相配合作戰，為對抗這樣，蘇軍指揮官採用前線部隊盡可能與德軍近距離作戰的戰術；崔可夫稱這是緊抱德軍。這迫使德軍只能各自為戰或面對被友軍誤傷的危險；這樣令德軍減少空中及炮火支援。蘇軍明白在史達林格勒，最好的防禦是把他們的防線放在許多可監察具有重要戰略意義的街道和廣場的建築物裹，這種戰略令蘇軍可盡量長時間在所有地段堅守，因此他們把多層樓宇、工廠、倉庫、街角住宅及辦公樓轉變為佈滿機槍、反坦克步槍、迫擊砲、地雷、鐵絲網、狙擊手及擁有5-10名衝鋒槍槍手和擲彈兵為一單位之小組擁有以準備進行逐屋戰鬥，激烈的戰鬥在每一個廢墟、街道、工廠、住宅、地下室及樓梯間進行，德軍稱這種看不見的城鎮戰為老鼠戰爭 ("Rattenkrieg")，可笑地攻佔了廚房，但仍然在爭奪客廳。在這種絕望的混亂中，所有戰線均消失，習慣了進行機動作戰的德軍士兵被迫投入艱苦而快速的戰鬥，包括通過炸毀的居民區、辦公區、地下室和公寓高樓大廈前進。在一些高的建築物中，屋頂被早些時候德國空軍的轟炸炸穿，因此可從屋頂的破洞中看到逐層及近距離戰鬥，蘇軍與德軍在同一樓層上，蘇軍在一邊，德軍在另一邊，雙方通過破洞互相射擊。

在廢墟中作戰的蘇軍士兵
巴甫洛夫大樓 (1943)馬馬耶夫崗是該市最高的地點，這裹的戰鬥特別無情，而且該據點多次易手。
到9月12日，蘇聯第62軍團只剩下90輛坦克、700門迫擊砲及大約20,000名士兵。
第13親衛狙擊師在9月13日被授與收復馬馬耶夫崗及一號火車站的任務，因而遭到了巨大的損失，其士兵布超過百分之三十在戰鬥的頭24小時內便陣亡了及在整個戰役中全師原本10,000人只有320人生還。
以上兩個目標均達到，但只是臨時性的，火車站在6個小時內14度易手，在之後的晚上，第13親衛狙擊師便消失了，但該師士兵亦殺死了差不多同樣數量的德軍士兵。戰鬥在巨大的糧倉附近持續了數週，雖然經過激烈的戰鬥，當德軍最後攻佔該處時，發現蘇軍只有40人死亡，蘇軍在撤退前焚燒了堆放在這裹的糧食。在城市的其它地區，一個排的蘇軍在雅科·巴甫洛夫的指揮下把一座可俯瞰市中心一個廣場的大廈變成堅不可摧的堡壘，後來被稱為巴甫洛夫大樓，這裹凡士兵被地雷區圍繞著，他們在窗戶建立機關槍及把地下室之間的牆壁打通以建立更好的通訊聯繫，士兵們發現，約10名平民躲藏在地下室裹，因而把他們武裝起來，並迫使他們參加戰鬥，他們沒有被換防及在隨後兩個月都沒有得到增援。
在該戰役後，崔可夫開玩笑地說為試圖攻佔巴甫洛夫大樓而陣亡的德軍人數比攻佔巴黎時的陣亡人數還多。根據比弗的資料，在第二個月的每一波攻擊中，在德國多次並持續攻擊該建築物，蘇軍將之擊退及清理德軍成堆的屍體，以清除妨礙機關槍和反坦克砲手俯瞰廣場的視線，該大樓在德軍地圖被稱為要塞("Festung")。巴甫洛夫中士因為其英勇行動而被授與蘇聯英雄稱號。

由於戰鬥沒有結束的跡象，德軍開始調動轉移重型火砲進入市區，包括巨大的800毫米鐵道炮，暱稱多拉。但沒有嘗試派部隊跨越伏爾加河，從而使蘇聯能在東岸建立了大量的砲兵陣地，這些大砲連續轟擊德軍的陣地，同時蘇軍守軍則將轟擊所造成的廢墟變成防禦陣地。德軍坦克在高達8米高的廢墟中變得毫無用處，當它們能各前推進時，就成為在破爤建築物中的蘇軍反坦克炮的攻擊目標。
蘇聯狙擊手亦成功地利用廢墟對德軍造成巨大傷亡，最成功及最出名的是瓦西里·柴契夫，他在戰役中殺死了242名敵軍及總計超過300人；他還表示，已經打死了，可能是虛構的，專門派出的德軍狙擊手，著名的歐文·柯尼格和海恩茲·托爾伐特。柴契夫是全軍中其中一名狙擊手及有超過30名學生，他們共殺死了超過3,000名德軍士兵。 柴契夫使用的是一支標準的莫辛-納甘步槍及PTRD-41 14.5毫米反坦克步槍，當不在窗戶時用於射擊躲在牆後的德軍：重型的14.5毫米子彈能穿透磚牆。柴契夫因為該戰役而被授與蘇聯英雄稱號。
蘇軍步兵正猛攻在史達林格勒的一座工廠無論是對於史達林和希特勒，史達林格勒變成了威望的象徵及超過其實際的戰略意義，蘇聯命令將紅軍的戰略預備隊從莫斯科地區調往伏爾加河下游，並從整個國家調集飛機前往的史達林格勒地區。
雙方的軍事指揮官是非常緊張：包路斯的眼睛出現無法控制的抽筋，最終傷害了他的左臉；而崔可夫則出現濕疹 ，他的手被完全包紮。雙方部隊面臨的極費氣力的近距離作戰。
為粉碎蘇軍的抵抗，德國空軍第4航空隊的斯圖卡俯衝轟炸機在10月5日飛行700架次對在捷爾任斯基拖拉機廠內之蘇聯陣地進行轟炸，一些蘇軍步兵團被消滅；而整個蘇軍第339步兵團的士兵在翌日早上的空襲中被殺死。

在10月中旬，德國空軍加緊對在西岸餘的紅軍陣地進行轟炸。到這時，蘇聯空軍的抵抗已不再有效，德國空軍第4航空隊在10月14日飛行2,000架次及投下600噸炸彈，同時德軍步兵對在北部的三座工廠進行包圍。斯圖卡俯衝轟炸機第1、第2及第77中隊已令在伏爾加河東岸的蘇軍炮兵靜止，之後攻擊試圖對日益收縮的蘇軍包圍圈進行補給增援的船隻。第62軍團已被切成兩半，及由於對其供應船隻的密集轟炸而陷於崩潰。

面對蘇軍在伏爾加河僅有1,000碼（914公尺）長的陣地，超過1,208架次的斯圖卡俯衝轟炸機飛臨上空以消滅他們，雖然面對猛烈的空襲(史達林格勒所面對的轟炸比在色當及塞瓦斯托波爾的更猛烈)，蘇聯第62軍團仍然有47,000人及19輛坦克在西岸抗擊德國第6軍團及第4裝甲軍團。

在史達林格勒上空一架Ju 87俯衝轟炸機德國空軍到11月初仍保持制空權及蘇聯空軍在日間完全不存在的，但在進行了20,000架次的飛行後，原本1,600架可用的起飛機已降至950架，其中原本480架轟炸機只剩下232架，雖然相對蘇聯空軍來說在數量上仍然佔有優勢及擁有在東線的德國空軍百分之八十的兵力，第4航空隊未能阻止日益增強的蘇聯空軍力量。
到反攻階段時，蘇聯空軍的兵力更超過第4航空隊。

蘇聯的轟炸機部隊在過去18個月當中已付出沉重的損失，因而只能在晚間行動，蘇軍從7月17日至11月19日期間於晚間在史達林格勒及頓河河套地區飛行了11,317架次，這些空襲只做成了有限的破壞及僅有滋擾性的價值。
德國空軍的情況變得日益困難，11月8日，大量第4航空隊的單位被撤出以應付盟軍在北非的登陸，德國空軍的力量被分散至整個歐洲及未能保持在蘇德戰線的南部其它地區的力量。
經過三個月的殺戮和緩慢而昂貴的推進後，德軍最終到達河岸、攻佔百分之九十已破爛的市區及將殘存的蘇軍切成兩半。伏爾加河上的結冰阻止船隻及拖船對守軍進行補給。然而，戰鬥，特別是在馬馬耶夫崗的斜坡上和市內北部地區的工廠區，仍然激烈如昔。在紅色十月鋼鐵廠、捷爾任斯基拖拉機廠及巴里卡迪兵工廠已變成舉世聞名，當蘇軍防守這些工廠時，工廠工人在接近戰場的地方甚至有時在戰場中修理坦克及武器，這些平民有時也自告奮勇的駕駛坦克，以取代陣亡和受傷的士兵，雖然他們沒有接受過戰鬥訓練。

蘇軍之反攻
史達林格勒戰略攻勢行動 1942年11月19日 - 1943年2月2日
認識到德國軍隊正準備在冬季的進攻行動，並將大部分兵力調到東部戰線南面的其它他區，蘇聯最高統帥部決定進行了一系列的進攻行動。
蘇軍步兵通過廢墟前進根據戰後的歷史，這時候是戰爭關鍵性的時期，偉大的衛國戰爭第二階段（1942年11月19日- 1943年12月31日）開始了，1942年-1943年的冬季攻勢(1942年11月19日 - 1943年3月3日)隨著這些攻勢行動而展開，在數條戰線上共有15個軍團參與行動。

蘇軍戰鬥序列
西南方面軍、頓河方面軍、史達林格勒方面軍
天皇星行動 1942年11月19日 - 1942年11月30日
西南方面軍 第1親衛軍團、第21、第5坦克、第17航空軍團及第25坦克軍
頓河方面軍 第24、第65、第66、第16航空軍團
史達林格勒方面軍 第28、第51、第57、第62、第64、第8航空軍團
科捷利尼科沃攻勢行動 1942年12月12日 - 1942年12月31日
史達林格勒方面軍 第2親衛軍團、第5突擊、第51、第8航空軍團
頓河中游攻勢行動 (小土星行動) 1942年12月16日 - 1942年12月30日
西南方面軍
頓河方面軍
指環行動 (English: Operation Ring) 1943年1月10日 - 1943年2月2日
頓河方面軍 第21、第s24、第57、第62、第64、第65、第66、第16航空軍團
德軍戰鬥序列
主條目：史達林格勒戰役德軍戰鬥序列
德軍在天皇星行動筋疲力竭
德國對史達林格勒採取的進攻因紅軍的頑強抵抗和當地的天氣情況而停止，蘇聯的反攻計劃是使用欺騙性的措施，最終圍困和摧毀在市內的第6軍團和其它軸心國部隊，成為第二次世界大戰中德軍第二大規模的敗戰。
在圍困期間，德軍和負責保護B集團軍側翼的同盟之義大利、匈牙利和羅馬尼亞軍隊已敦促其總部提供增援，匈牙利第2軍團，包括很多缺乏裝備及訓練的單位，被授與防守位於史達林格勒以北在義大利軍與沃羅涅日之間長達200 公里之防線，這導致了防線薄弱，有些地區中每1–2 公里才有一個單獨的排防守，而蘇軍在河之西岸有數個橋頭堡及對B集團軍帶來嚴重威脅。
同樣，在史達林格勒以南地區，科捷利尼科沃西南只由羅馬尼亞第7軍及一個單獨的德軍第16摩托化步兵師防守。
但是，希特勒非常聚焦於城市本身以致向側翼增援的要求被拒絕，國防軍陸軍總司令部首長弗朗茲·哈爾德表示關注希特勒在城市的當前任務，並指出如果薄弱的德軍兩翼沒有糾正，'將是一場災難'，希特勒對哈爾德說史達林格勒將一定被佔領及被削弱的兩翼將由國家社會主義熱情者防守，顯然我對你不能這樣指望，及在10月中由庫爾特·蔡茨勒代替。

     11月19日-11月28日蘇軍之進攻在秋季蘇聯將領亞歷山大·華西列夫斯基及格奧爾吉·朱可夫負責制訂在史達林格勒地區的戰略計劃，將大量蘇軍集中至該城南北面的草原地帶。德軍之北翼特別危險原因是由相對於德軍來說缺乏訓練、裝備及士氣的義大利、匈牙利及羅馬尼亞軍負責守衛，這個弱點被蘇軍發現，因而盡量攻擊非德國部隊，正如英軍在北非攻擊義大利軍而非德軍一樣。該計劃是在城市內阻擊德軍的進攻，然後攻擊過度延伸及薄弱的德軍側翼和包圍在史達林格勒內的德軍。在準備進攻期間，蘇聯元帥朱可夫本人到達前線，對於這樣一位高級將領來說是十分旱見。
行動的代號是天皇星，這與進攻中央集團軍的火星行動同時實施，該計劃與朱可夫於三年前在諾門罕取得之勝利相似，當時他對日軍第23師團發動一個鉗形攻勢及將其擊潰。
朱可夫及華西列夫斯基是被授與蘇聯英雄稱號的將軍。

11月19日，紅軍實施天皇星行動，由尼古拉·費多羅維奇·瓦圖京指揮的蘇軍進攻部隊包括三個足額的軍團，第1親衛軍團、第5坦克軍團及第21軍團，共有18個步兵師、8個坦克旅、2個機械化旅、6個騎兵旅及1個反坦克旅。這個進攻的準備被羅馬尼亞人發現，他們要求增援但被拒絕。防線薄弱、兵員短缺及裝備低劣的羅馬尼亞第3軍團被擊潰。
11月20日，第二個蘇軍攻勢{共兩個軍團)在史達林格勒南面實施，以攻擊防守該地的羅馬尼亞第4軍團。只是由步兵組成的羅馬尼亞軍幾乎立即崩潰，蘇軍在一個鉗形攻勢中向西前進及於兩天後在喀拉蚩附近會師，在史達林格勒附近圍成一個鐵環，當時並沒有將這一幕拍成電影；後來蘇軍狃一套宣傳影片中重演這一情景，得到全世界的讚譽。

德國第6軍團被包圍
因為蘇軍的鉗形攻勢，大約290,000名德國及羅馬尼亞士兵、克羅埃西亞第369加強步兵團及其它志願附屬部隊發現自己被包圍在一個口袋中，在包圍圈中(德文：kessel, literally "cauldron")同時有生還的蘇聯平民—大約10,000人，及數千名在戰役中被德軍俘虜的蘇聯戰俘。並不是所有隸屬第6軍團的德國士兵被圍困；有50,000人沒有被包圍在口袋內。包圍的蘇聯紅軍立即組成兩條防衛線: 一條道外對壘線面向裡面，以阻止所有突圍的嘗試，及另一條內對壘線，以防止任何救援行動。

阿道夫·希特勒於9月30日發表公開演說(在柏林體育館時)表示沒有任何力量可以將德軍從這個城市趕走。在蘇軍完成包圍後的一次簡短會議上，德軍高層建議立即向頓河以西突圍來建立新的戰線，但當時希特勒正與德國空軍總司令戈林一同在巴伐利亞上薩爾茨堡山上貝希特斯加登別墅，當希特勒問問題時，戈林在被漢斯·耶順內克說服後，回答德國空軍能建立空中橋樑為第6軍團進行補給，這令在城中的德軍於救援部隊尚在集結時可以繼續戰鬥。

類似的計劃在一年前於德米楊斯克包圍戰中曾獲得成功，儘管規模要小得多： 在德米楊斯克的是一個軍而不是整個軍團；還有蘇軍戰鬥部隊在過去一年無論在素質及數量均有很大的改善，但是當提到在德米楊斯克成功的空運作戰令希特勒加強其個人想法及在之後數年被赫爾曼·戈林贊同。

第4航空隊(Luftflotte 4)司令沃爾弗拉姆·馮·里希特霍芬曾嘗試推翻這個決定但不成功。
第6軍團是當時全世界規模最大的軍團級單位及比一般德國軍團大兩倍，還有第4裝甲軍團的一個軍被圍，這些部隊將必須由空運進行補給，可以顯而易見對包圍圈進行空運是不可能的 – 最高的117.5噸日運輸量是遠低於每日最少7-800噸的需要數字。
為補充數量有限的Ju 52運輸機，德國人利用一些不足以擔任運輸機角色的飛機，例如He 177轟炸機 (一些轟炸機可足夠擔任該任務 – He 111轟炸機被證明可擔任運輸機角色及在速度上比Ju 52更快)，但希特勒支持戈林的計劃及向被圍部隊發出不準投降的命令。

空運補給的計劃失敗，惡劣的天氣情況、技術上的失敗、蘇軍高射炮的強大火力和戰鬥機的攔截導致德軍損失488了架飛機。德國空軍甚至未能達到每天供應117噸的供應量，平均每日只有94噸補給物資被運到被圍的德軍手中。補給物資有時甚至沒有什麼用處：一架飛機運來20噸伏特加及夏季軍服。
安全降落的運輸飛機被用來從包圍圈撤離技術專家和生病或受傷的士兵（共有約42,000人被撤走）。第6軍團慢慢地餓死，飛行員十分震驚地發現部隊因過於疲憊及飢餓而沒有能力卸下補給品，蔡茨勒將軍因看見在史達林格勒部隊的困境而感動，開始限制自己每日的口糧餐次，幾週後這種飲食次數令他變得非常憔悴，後來在希特勒惱怒的親自命令下，才再開始吃正常的飲食次數。

組織空連的代價是巨大的，共損失了266架Ju 52運輸機，佔蘇德戰線上總數的三分之一，空運中亦損失了165架He 111轟炸機，其它損失包括42架Ju 86轟炸機、9架Fw 200"禿鷹"、5架He 177轟炸機及1架Ju 290飛機。德國空軍亦失去了1,000名經驗豐富的轟炸機機組人員。
德國空軍如此沉重的的損失，令第4航空艦隊的4個空運單位(KGrzbV 700, KGrzbV 900, I./KGrzbV 1 and II./KGzbV 1)被解散。

土星行動
主條目：土星行動和冬季風暴行動
蘇聯部隊為集中他們在史達林格勒周圍的部隊及開始進行激烈的戰鬥以縮小包圍圈。冬季風暴行動 (Operation Winter Storm)，是一次德軍嘗試從南方救援被圍的部隊的行動，在12月被蘇軍成功地瓦解了。惡劣的俄羅斯冬季的影響浮現，伏爾加河河面結冰，令蘇軍更容易進行補給，被圍的德軍迅速的消耗了取暖燃料和醫療用品，數千士兵因凍傷、營養不良和疾病而死去。

12月16日，蘇軍實施第二次進攻，即土星行動，這行動是嘗試突破軸心國在頓河的防線及攻佔羅斯托夫，如果成功，這一攻勢將圍困在高加索地區的其餘南方集團軍，即整個在俄羅斯德國軍隊的三分之一，德軍建立了機動防禦以小量單位防守城鎮直至支援的裝甲部隊到達。15個師的蘇軍聯在最少100輛坦克的支援下從馬蒙的橋頭堡出發，攻擊義大利的科塞里亞及拉文納師，雖然處於1對9的劣勢，義大利軍一直抵抗至12月19日才因駐蘇義大利軍總司令部下令下才撤走。
而蘇軍未曾接近羅斯托夫，但戰事卻迫使馮·曼施坦因從高加索撤出A集團軍及重建由史達林格勒延伸長達250 公里的戰線。而塔特辛斯卡亞的突擊行動亦導致德國空軍損失了數量可觀的運輸機。

第6軍團現在已沒有希望獲得任何的援助，在史達林格勒的德軍沒有被告知這一點，相反，並繼續認為增援正在途中。一些德軍軍官要求包路斯違抗希特勒的命令，不再堅守及嘗試突破在史達林格勒的包圍圈，包路斯拒絕，因為他憎惡不服從命令的想法。而且，儘管在頭幾個星期利用機械化部隊實施突圍是有可能，但第6軍團現在缺乏汽油及德軍士兵在惡劣的俄羅斯冬季下徒步突破蘇軍戰線將是非常困難的。

蘇軍獲勝
759,560名蘇聯官兵從1942年12月22日起因防衛史達林格勒而獲頒獎章
紅軍士兵在獲勝後揮動旗幟在包圍圈中的德軍從史達林格勒的郊外住宅區撤入市內，兩個飛機場的失陷，於1月16日在皮托尼克及於1月25日或1月21日晚至1月22日在古姆拉克機場，表明空運補給及撤出傷兵的行動終結。
第三個也是最後一個可使用的跑道是在史達林格勒飛行學校，在這裡最後一次降落及失陷是在1月22日晚上至1月23日，在1月23日拂曉後，除空投彈藥和食物外再沒有更多關於起降的報導直到戰役結束。

德軍現在不但陷於飢餓中，而且缺乏彈藥。但是他們繼續頑抗，部分原因是因為他們認為蘇軍將處死任何投降的人，特別是所謂的 HiWis 的志願人員，他們是協助德軍作戰的蘇聯公民，他們在被俘時對已經自己的命運不抱任何幻想。蘇軍最初對被圍的德軍人數感到意外，因此對包圍部隊實施增援。血腥的城市戰在史達林格勒再次展開，但這一次是德軍被迫向伏爾加河岸邊，他們在工廠區建立防禦工事及蘇軍幾乎遇到他們在一個多月自己做出，同樣咬牙切指般兇猛的抵抗，德軍在窗口上使用一項簡單的固定導線網保護自己免受手榴彈攻擊，蘇軍的回應是將手榴彈固定在魚勾上使手榴彈被拋出時勾在導線網上。德軍現在於城內沒有可使用的坦克，這些坦克現在被當作固定大炮使用以發揮最大效用，蘇軍沒有在這些地區使用坦克，因為廢墟般的市區影響隃它們的機動性。一名蘇軍特使向包路斯提出優厚的投降條款: 如果他在24小時內投降，他將得到蘇軍提出保障所有戰俘的安全、對所有傷病員作出醫治、所有戰俘均可保留個人物品、提供正常的口糧及在戰爭結束後遣返他們希望到達任何國家的保證—但是包路斯，因希特勒不準投降的命令，而沒有回應，直接導致第6軍團的毀滅。

投降後的陸軍元帥包路斯(右邊)及其助手阿瑟·施密特(中間)和威廉·亞當(左邊)1943年1月30日，是希特勒獲得權力10週年紀念，他晉升包路斯為德國陸軍元帥，由於從來沒有任何德國元帥成為戰俘，希特勒因而假設包路斯會戰鬥到底或自殺。但是當蘇軍於翌日接近他設在已成廢墟的百貨商場內的司令部時，包路斯投降，在史達林格勒殘存的軸心國軍於1943年2月2日投降；91,000名勞累、染病及饑餓的士兵被俘虜，包括3,000名羅馬尼亞士兵，他們來自羅馬尼亞第20步兵師、第1騎兵師及沃伊上校支隊。
令蘇軍驚喜及第三帝國失望的是，俘虜中包括22名將軍，希特勒憤怒和深信地說：「包路斯本來可以擺脫所有的悲傷和永遠躋身於不朽的榮譽當中，但他最終選擇前往莫斯科。」

德國傳謀沒有公佈災難的任何消息直至1943年1月底，雖然正面的媒體報導已經在數星期前終止。史達林格勒標誌著納粹政府首次承認其武裝力量在戰爭中失敗；這不是德國軍事第一次遭到重大挫折，但在史達林格勒的慘敗在規模上以至是戰略意義上均是無與倫比的。1月31日，德國國家電台正常的廣播節目被以播放由安東·布魯克納所作憂鬱慢版的第7交嚮曲代替，之後再宣佈在史達林格勒戰敗的消息。

2月18日，宣傳部長 約瑟夫·戈培爾在柏林發表其著名的體育宮講話，鼓勵德國人接受總體戰的理念，動員全國人口的所有資源及力量戰鬥到底。

紅軍士兵正押送一名德軍戰俘前去囚禁根據德國紀錄片史達林格勒指出，超過11,000名士兵在正式投降時拒絕放下武器投降，大概他們認為因戰鬥而死亡是優於在蘇軍集中營緩慢地死去。他們躲藏在地下室和下水道繼續抵制，但在1943年3月初，剩餘的小型和孤立的包圍圈亦投降。根據前蘇聯的情報文件中顯示，在這時期共有2,418人被打死及8,646人被俘。

超過500,000名德國、義大利、羅馬尼亞及匈牙利人被俘，只有很少人回到家中，其中91,000名德軍戰俘中，只有大約5,000人能回到德國，在包圍圈中時因疾病、飢餓及缺乏醫療的戰俘被分配到在整個蘇聯的各個勞動營，在這裡他們很多都因疾病(特別是斑疹傷寒)、寒冷、過度勞動、虐待及營養不良而死去，一部份戰俘則被留下來重建城市。在1943年3月，40,000德國戰俘被埋葬在萬人坑中，他們均是受斑疹傷寒的感染的。
少數高級官員被帶到莫斯科，並用於宣傳目的，其中有些人加入自由德國全國委員會。有些人，包括包路斯，簽署了反希特勒宣言，該宣言向德國軍隊發表。包路斯一直住在蘇聯直到1952年，然後被遷回東德的德勒斯登他在剩餘的日子裡捍衛他的行動，聲稱共產主義在戰後的歐洲是最有希望的。
瓦爾特·馮·塞德利茨·庫爾茨巴赫將軍提出由在史達林格勒生存下來的生還者成立一支反希特勒的軍隊，但蘇聯方面沒有接受。直到1955年，過去的少數生還者在康拉德·阿登納向蘇聯政治局認錯後才被遣返。