从南线撤回来的高加索方面军会合，在顿河南岸上库尔莫亚尔斯卡亚至伏尔加河阿斯特拉罕以西地区组织坚固防御。而西南方面军所属的三个集团军，也和南方面军、高加索方面军一起，转隶新组建的斯大林格勒方面军，由柳申科夫统一指挥斯大林格勒防御作战。
斯大林虽然已经看出德**队将进攻斯大林格勒，但是他敏感地意识到德国南方两大作战集群发动的只不过是一个比较活跃的副战场，随着列宁格勒的失陷，德军的主战场依然还将是在莫斯科方向，德国中央集团及北方集群，在等待他将他的部队从中线调到南方，因此斯大林并未将最jīng锐的远东红旗集团军调到斯大林格勒，而是要求柳申科夫必须依靠现有兵力，守住斯大林格勒这座以苏联最高统帅名字命名的重工业中心城市。
五月初，德军集中九个师的坦克部队和五十万乘坐各式车辆的摩托化步兵，正式发起斯大林格勒攻坚战。
德军一方指挥斯大林格勒战役的是在攻占乌克兰南部及克里米亚半岛中立下殊勋的曼斯坦因元帅，他首先是集结重兵，试图围歼顿河以西的苏军，随后两支坦克部队直chā苏军后方，在顿河大弯曲部形成一个钳形攻势。
面对德军凌厉的攻势，柳申科夫没有遵从莫斯科方面死守待援的命令，指挥苏军且战且退，接连丢掉顿河以西没有坚固城防的卡拉奇、苏维埃茨基、上库尔莫亚尔斯卡亚等所有城市，退向斯大林格勒市区，结果曼斯坦因在顿河以西jīng心设置的数个包围圈，只网住了一小撮苏军后卫部队。
棋逢对手将遇良才，曼斯坦因没有感到沮丧，他知道前远东共和国一班将领是打防御战的老手，因此不慌不忙地指挥部队，继续从西北、西面、西南、南方和东南方向，把斯大林格勒团团围住。
柳申科夫调兵遣将，分出一部调到斯大林格勒以北地区，持续不断对德军左翼施加压力。
接下去就是长达两个多月的攻坚战。
五月中旬，浩浩dàngdàng的德军主力开始进攻斯大林格勒城，德军飞机把这座城市炸成一片残垣断壁。但是，就是在这些废墟中，苏军不断地从下水道、从楼房间、从地下室、从废墟间等暗处冲出来，与德军展开惨烈的大战。
在瓦砾间小心前进的德军，仿佛捅了不计其数的马蜂窝，每一个马蜂窝都很致命。苏军躲在暗处，德军在明处，进攻变成了逐房逐屋、逐壕逐沟的争夺战。
转眼间进入六月，死亡惨重的德军从费了九牛二虎之力夺取的残垣断壁中退出来，飞机载着燃烧弹和上吨重的重磅炸弹，对斯大林格勒再次进行狂轰烂炸。一栋栋楼房就像积木般倒下，却给防守的苏军提供了新的屏障。
然后，德军发动第二bō攻势，在空军掩护下深入城市，继续陷入苦战。
当德军狂轰滥炸时，苏军躲入下水道和地下室，德军地面部队发起进攻后，他们迅速冲出来。柳申科夫利用城市的每一栋建筑，下令给铁丝网通上电，在防线上不但埋设地雷，还埋设炸yào包加钉子这样的遥控引爆装置，苏军投掷的不再是破片手榴弹，而是改装的迫击炮炮弹和大炸yào包。
苏军官兵充分利用自己对城市的熟悉，通过下水道忽然出现在德军背后，把从南华购买来的爆破筒和炸yào包扔到德军屁股后面，用假烟幕弹把德军飞机的轰炸引到德军自己头上。
连续战斗下来，德军竟然在伤亡比例上超过了苏军。
六月下旬，残酷的战斗在继续，城市各处的油库相继被点燃，楼房被定向爆破，一个个德军连队被轰然倒下的建筑吞噬。德军也尝试进入下水道，却遭到苏军放水水攻，横死无数。
这个时候，德军中央集团军群和北方集团军群，加上仆从军共五百多万军队，已向莫斯科发起