斯大林格勒战役前后历时六个半月，光看双方伤亡人数，就达到了非常惊人的200万人。这个数字相当于中国在抗日战争中所有正规军队士兵的死亡人数，可想而知有多么恐怖。
进攻、防御、对峙、反攻，每个阶段都是肉搏。在这场战役中，德军70万人被击毙，而苏军的伤亡也高达110多万。
在斯大林格勒战役中，一个满员的师，基本上两三天就会被打光，刚刚赶赴城中的红军战士的平均存活时间不超过24个小时，军官也只有约三天的平均存活时间。
苏军守城的是第62集团军，前后投入的增援部队共计2个军、24个师、16个旅、40个团及20个营，但这个集团军的总人数从未超过6万人， 犹如一张血盆大口，让你有来无回。一个成建制的师顶上去，三天就没了 ，这只是62集团军的冰山一角，用惨绝人寰来形容，毫不过分。
1942年7月17日，苏德双方在斯大林格勒接近地展开了激烈的交战，会战正式开始。9月14日，德军从城北突入市区，血腥的巷战开始了。双方逐街逐楼逐屋反复争夺。斯大林格勒变成了一片瓦砾场，城中80%的居住区被摧毁。在满是瓦砾和废墟的城中，苏联第62集团军顽强抵抗，在城中的每条街道，每座楼房，每家工厂内都发生了激烈的枪战。攻入城中的德军死伤人数不断增加。第62集团军司令员崔可夫中将渡过伏尔加河，直接把自己的司令部设在城南废墟的一座地堡中，亲自指挥作战。他说：“我发誓决不离开这座城市，我将采取一切办法坚守。我决心要么就守住城市，要么就战死在那里。”他下令，集团军司令部留在右岸斯大林格勒城内，在任何情况下，都不得向左岸或岛上撤退。在最危险的时侯，德军离他的地堡还不到200米。
为了誓死保卫斯大林格勒，斯大林下达了一道命令，即任何意图投降的人都要当场被枪毙。斯大林的 “不准后退一步” 的命令要求： 军队要在第一次进攻之后构筑第二道防线，并将举白旗的击毙。 “准许”属下逃离战场的军官或被德国人拦腰截断的部队，如果重新返回前线，也要被送往惩戒营，并判处死刑。
根据崔可夫将军的命令，苏军采取“拥抱敌人”的战术，苏军不顾一切伤亡，尽可能的贴近德军，两军战线间距离从通常的300~400米，缩短至10~30米。德军为了防止误伤，不得不停止火炮支援。苏军成功的使斯大林格勒的每个角落都变为了战场。废墟，下水道，街道都是战场。这时的斯大林格勒已没有了前方，也没有了后方，只要是活着的人就要参加战斗，然后成为炮灰，苏军援军拼命地通过伏尔加河进入城中补充力量。
在巷战中大吃苦头的德军不再以“师”为单位冲锋，而是进一步缩小进攻范围，不断地改变突击方向。德军以10几人为一小组，携带狙击手、机枪、迫击炮、火焰喷射器等轻型武器，开始逐屋逐层地与苏军打巷战。
战役进行期间，斯大林格勒所有工厂里的工人背着枪在制造武器，十几米外工厂守备部队就与德军在交火。坦克下了流水线就开打，军民们只要还剩一口气就得拿枪战斗。士兵活一天是班长，两天是排长，依此类推。不过你绝不可能成为团长，因为没人活得过五天。战斗最激烈时，一名士兵在战场上存活时间不超过9分钟，军官是3天。“逐屋争夺，寸土必争”，成了斯大林格勒战役最好的注释。
守卫斯大林格勒的苏军流传着这么一句话：我们占领了厨房，但客厅还在敌人手里！双方在斯大林格勒反复争夺，连女兵也是像男兵一样，拿着枪冲锋陷阵，直接参战。
9月25日，德军占领了市中心。斯大林格勒工业区修建在丘陵中，建筑物用钢筋混凝土浇筑或用石头砌成。德军的推进不是用公里，而是用米来衡量。德军的一名军官在回忆录中写到：“敌我双方为争夺每一座房屋、车间、水塔、铁路路基，甚至为争夺一堵墙、一个地下室和每一堆瓦砾都展开了激烈的战斗。其激烈程度是前所未有的。”往往一栋房屋能被苏德两军分别占领和争夺几十次，苏军夺回一栋房屋，德军就攻占一栋房屋；德军在白天强攻下一栋楼房，苏军在晚上又组织反攻去夺回这栋楼房。双方你来我往，你攻我守。
对火车站反复激烈争夺，一周内易手13次。在一个大粮食仓库里，两军的士兵非常接近，甚至能够听到对方的呼吸声，经过数个星期的苦战，德军不得不从这个仓库撤走。
战役进行后期，苏军大部分士兵（尤其是步兵），稍加训练，或根本未经训练就得投入战场。最危急时，崔可夫元帅最后的预备队还剩1500人，而这些人早就不是正规的士兵了，他们是城市警察、消防队员和车间工人……为了防止这些人面对德军的攻击而溃散，崔可夫不得不要求他们寻找一些坚固的建筑物，然后爬上去死守，以断绝他们的退路和溃逃的念头。有7.5万名姑娘，成为高射炮手、无线电兵、卫生员和护士，她们把自己的青春奉献给伟大的斯大林格勒保卫战。全城的人民和苏军密切配合，共同奋战。
在战斗最为激烈的马马耶夫山冈上修建的纪念斯大林格勒战役的名为“俄罗斯母亲在召唤”的巨大雕像
经过3个月血腥的战斗至1942年11月初，德军终于缓慢地推进到了伏尔加河岸，并且占领了整座城市的80%地区，将留守的苏联军队分割成两个狭长的口袋状，德军始终未能完全占领斯大林格勒。1942年11月19日，苏联红军终于迎来了激动人心的时刻，斯大林下令开始天王星作战计划，苏联红军发起了全面大反攻，将30万的德军第6集团军完全包围。
斯大林格勒原有60万居民，战役结束后，只有几千人活了下来。据后来统计，苏联1923年出生的男性只有20%活到了战后。