德军对克里米亚的第一次进攻失败。
1941年9月27日，苏联秋季第一场大雨落下来了，很快地地面变得泥泞。
转折：从莫斯科到斯大林格勒
到初秋，希特勒认为苏联已经完蛋了。9月30日，对莫斯科发动了代号“台风”的大规模攻势，妄图在十天之内攻占它。
1941年10月2日，德国中央集团军群针对莫斯科台风计划。希特勒向他的军队断言：今天开始的是今年最后一场伟大的战役。德国南方集团军群出发向库尔斯克和哈尔科夫方向挺进。3日，德国中央集团军群占领奥廖尔。当天，希特勒对德国人民作了一次充满激情的讲话：“今天我宣布，毫无保留地宣布，东方的敌人已被打垮，再也不能站起来了…在我们部队的后面，已经有了相当于我在1933年执政时德意志国家幅员两倍的土地。”
几天后，他的新闻发布官狄特里希对世界宣布，守卫莫斯科的苏联最后一支完整的部队，已围困于德军在莫斯科城下所设下的两个钢铁包围圈中，南方红军已经溃散，伏罗希洛夫元帅的六七十个师都被围困在列宁格勒。苏联两个最大的城市很快就要陷落。
但希特勒高兴得早些了，9月27日的那场早到的秋雨，似乎意味着什么。
在9月29日，德国南方集团军群企图攻入克里米亚半岛的军事行动被迫暂停。当天，一次苏、英、美协商会议在莫斯科召开，共同商讨西欧和苏联的情况。30日，古德里安指挥的德军第2装甲集团军开始向莫斯科进攻，在此之前的两天里，正当德国中央集团军群修整的时候，他们已经朝奥廖尔方向前进了50英里。
10月1日，在莫斯科举行的苏、英、美协商会结束，彼此承诺英美援助苏联军事物资，苏联则向其输送未经加工的原料。
在8月份，希特勒犯了一个十分重大的错误。
7月中旬，原计划分北、南两路主攻列宁格勒和乌克兰的包克率领的中央集团军到达摩棱斯克。这时出现了攻打莫斯科的好形势。陆军总司令部坚决主张进攻莫斯科，理由是除了作为首都的心理价值外，还指出莫斯科是军火生产的重要来源，同时也是苏联交通运输的枢纽。拿下莫斯科苏联各个前线都会因此而削弱和崩溃。而且种种情报表明，苏军主力正集中在莫斯科前沿，以图保卫首都。这样，苏联兵力重心就正摆在了德中央集团军的面前，只要向前推进200 英里，迅速拿下莫斯科，就能使苏联全线溃败。但希特勒更看重乌克兰的粮产区和工业区，看重高加索的油田，而且他认为现在找到了一个诱歼仍坚守基辅东第聂伯河东岸的布琼尼部队的大好机会，他也希望在列宁格勒与芬兰军队会师。为达到这些重要目的，必须让中央集团军分兵到北路和南路去。而等到了9月初，希特勒才重新决定发动对莫斯科的进攻。在这两个月内，中路中央集团军在斯摩棱斯克附近按兵不动，任由冰天雪地的严冬一天天逼近。希特勒重新发动对莫斯科进时攻。他下令中路军必须在八天到十天内开始行动“包围他们、击溃他们、消灭他们”。他还命令正在乌克兰的中央装甲集团军的部分部队重新调回，还要调来列宁格勒的坦克军。当然南路和北路主力还必须继续完成他们的任务。
在10月2日的台风行动，德军是顺着拿破仑的老路前进的。一开始气势汹汹。
10月10日，斯大林任命朱可夫大将为西方和预备队方面军司令员。朱可夫迅速重建了四个集团军，以防守莫日艾斯克。10月中旬，在北、西、南通往莫斯科的所有重要地段上都展开了激烈的战斗。15日，苏联政府的部分机构和外国使节迁往古比雪夫。斯大林留在莫斯科，亲自指挥保卫战。19日，国防委员会宣布莫斯科戒严，号召首都人民誓死保卫莫斯科。三天之内，全市组织了二十五个工人营，十二万人的民兵师，一百六十九个巷战小组。有四十五万人参加修筑防御工事，其中四分之三是妇女。在首都和全国军民支援下，前线军民英勇抗敌，浴血奋战。
20日，德军前锋部队已经到达距离莫斯科40英里的地方。苏中央总部和外国使馆急忙撤退到伏尔加河上的古比雪夫。希特勒似乎胜券在握。
但秋雨连绵大雪纷飞道路泥泞的季节来临了。乘车行军的部队越走越慢，正在打仗的坦克不得不撤下来拖陷在泥坑里的大炮和弹药车。以后几个星期就听烂泥的摆布了。官兵的心情开始起变化，苏军的抵抗也坚决起来。这时候，德国将领们开始谈论高兰古所著的关于拿破仑1812 年冬天在俄国惨败的可怕故事。恐惧心里开始笼罩在德国军人的头上。
到10月底，德军被阻止在加里宁－土耳基诺沃－沃洛克拉姆斯克－多罗霍沃－纳罗－佛敏斯克－谢尔普霍夫－阿列克辛以西一线。希特勒妄图在10月占领莫斯科的计划破产了。
尽避在21日到29日，德军一系列的进攻打开了通往克里米亚半岛的大门，并不断向克里米亚半岛下部推进，迫使苏军退往塞瓦斯托波尔。但到了30日，变得更加恶劣的天气和泥泞不堪的道路使得德军的攻势几乎要停顿了。这给苏联红军带来了宝贵的时间用来加强他们在莫斯科的防线。
在11月，德军继续前进。1日，德第11集团军占领克里米亚首府辛菲罗波尔，封闭了通往塞瓦斯托波尔的道路。3日，德军占领库尔斯克。4日，德第11集团军一部占领位于克里米亚的Feodosiya。9日，德军占领位于克里米亚的雅尔塔。15日，德军向莫斯科发动第二次疯狂进攻。冒着－20℃的严寒，德国中央集团军群以第1、2、3装甲集团军为先锋，第4、9集团军为后续重新向莫斯科发起进攻。到了16日，德第11集团军拿下了克里米亚东部的Kerch ，但苏军仍旧坚守着塞瓦斯托波尔。11月22日，德第3装甲集团军占领了罗斯托夫。23日，德军已经攻到离莫斯科西北35英里处。在25日，德军最后一次尝试占领莫斯科，投入了所有可利用的兵源。27日，德军装甲部队离莫斯科仅19英里了。一些装甲侦察部队已经渗入到市郊西部地区，并能清晰的看到克林姆林宫。
但恶劣的天气已经开始悄悄移动战局的天秤。在6日，德军第一起冻伤事件被记录在案。到了13日，莫斯科附近的气温已经降到了－22.2℃。
莫斯科保卫战是残酷的。斯大林在红场检阅大量来自西伯利亚的红军，这些战士在接受完检阅后从红场直接奔赴前线战场。
由于战线过长和缺乏补给，德第3装甲集团军不得不从罗斯托克撤出并向西后撤30英里朝Mius河回缩。
11月29日，持续激烈的战斗、大风雪、严寒耗尽了德军的战斗力，德国中央集团军群的攻势开始被瓦解了。苏军在罗斯托夫地区发动反攻迫使德军撤出并向西部Mius河回缩。
12月2日，德军的一支侦察部队离克里姆林宫仅5英里。
12月4日，在苏联前线气温已经降到了－37℃。
12月6日，决定性的时刻到了。苏军从莫斯科南面和北面展开大反攻。苏军击溃进攻莫斯科的德军，把德军赶离莫斯科一百到二百五十公里，取得了莫斯科保卫战的胜利。
结束了莫斯科保卫战，到1942年春，苏德双方形成对峙局面。双方都在秣兵厉马，准备更大规模的战役，以争夺战略主动权。希特勒于1942年夏在苏德战场南翼实施重点进攻，企图攻占高加索和斯大林格勒，切断苏军的战略补给线。
斯大林格勒位于伏尔加河下游西岸，原名察里津，是苏联内河航运干线－伏尔加河的重要港口，又是苏联南方铁路交通的枢纽和重要工业城市，战前居民约60万人。斯大林格勒以西以南地区是苏联粮食、石油和煤炭的重要产区，这是德国当时急着要得到的物资。对苏联来说，在乌克兰被德军占领以后，斯大林格勒是中央地区通往南方经济区域唯一的交通咽喉，关系到莫斯科的安全。
德军最高统帅部拟定了1942年夏季南方作战计划，代号“蓝色作战”。其主要内容是：利斯特A集团军群以克莱斯特第1装甲集团军为左翼，鲁夫第17集团军为右翼，分别从哈尔可夫南面和塔甘罗格北面向东和东南方向进攻，占领顿河下游的罗斯托夫，向高加索进军；包克B集团军群以霍特第4装甲集团军和魏克斯第2集团军为左翼，保卢斯第6集团军为右翼，分别从库尔斯克南面和哈尔可夫北面向东和东南方向突击，占领顿河上游的沃罗涅日，向斯大林格勒前进。
从1942年7月中旬开始，德军相继投入了150万大军，向斯大林格勒展开猛攻。希特勒甚至定下了7月25日以前攻占斯大林格勒的计划。
因为一开始苏联高层决策上的失误，使德军在最初阶段进展顺利。
7月17日，德军发起猛烈进攻。斯大林格勒方面军第62、第64集团军各前进支队在奇尔河、齐姆拉河一线英勇抗击德军六昼夜，迫使其第6集团军展开部分主力，从而赢得了改善基本地区防御的时间。23日，德军开始争夺第62、第64集团军主要防御地带，企图对顿河大弯曲部的苏军两翼实施包围突击，进至卡拉奇地域，从西面突向斯大林格勒。但斯大林格勒方面军第62、第64集团军的顽强防御和第1、第4坦克集团军各兵团的反突击，打破了德军的企图。至8月10日，苏军退至顿河东岸，在斯大林格勒外层围廓占领防御阵地，阻止了德军前进。早在7月31日，德军统帅部即将第4装甲集团军从高加索方向调到斯大林格勒方向，其先头部队于8月2日进逼科捷利尼科夫斯基镇(今科捷利尼科沃市)，形成从西南突向斯大林格勒的直接威胁。为防守这一方向，斯大林格勒方面军部分兵力于7日组建东南方面军(辖第64、第57、第51集团军，近卫第1集团军，空军第8集团军，30日起增加第62集团军，司令为A。I。叶廖缅科上将)，9～10日实施反突击，迫使德第4装甲集团军暂时转入防御。至17日，该部德军被阻于外层防御围廓。
8月19日，德军再度发起进攻，从西面和西南面同时向斯大林格勒实施突击。23日，德军第6集团军第14装甲军在斯大林格勒以北突至伏尔加河，企图从北面沿伏尔加河实施突击并夺取懊市。苏军统帅部从预备队中抽调第24、第66集团军，会同斯大林格勒方面军从北面对德军翼侧实施反突击，牵制德军第6集团军部分兵力，阻敌于西北市郊。德军统帅部继续增加兵力，并将主力转移到斯大林格勒方向，力图在最短期限内攻占斯大林格勒。
苏军V。I。崔可夫中将指挥的第62集团军和M。S。舒米洛夫少将指挥的第64集团军受领了保卫斯大林格勒市区的任务。9月13日，德军攻入市区，次日攻占市中心的马马耶夫岗。巷战中，双方逐街逐楼逐屋反复争夺，对火车站反复争夺达13次之多。苏军近卫第1集团军和第24、第66集团军9月份在该市以北几乎不停顿地实施反突击，有力地支援了斯大林格勒市区的保卫战。在斯大林格勒以南发动局部进攻战役的苏军第57、第51集团军也牵制了德军的重兵集团。28日，斯大林格勒方面军改称顿河方面军(司令为K。K。罗科索夫斯基中将)，东南方面军改称斯大林格勒方面军。9月底，德军指挥部命令罗马尼亚第3集团军在斯大林格勒西北方向投入战斗。此时在进攻斯大林格勒的德军“B”集团军群编成内作战的兵力已达80多个师。10月15日，德军在一个狭小地段突至斯大林格勒拖拉机厂及其附近的伏尔加河地域。11月11日，他们最后一次企图攻占该市，并在“街垒”工厂以南冲到伏尔加河岸，但其攻势已成强弩之末。18日，斯大林格勒会战的防御阶段结束。这一阶段，德军死伤约70万人，损失火炮和迫击炮2000余门、坦克和强击火炮1000余辆、作战飞机和运输机1400余架。德军统帅部企图攻占斯大林格勒的计划宣告破产。
苏军统帅部在防御阶段就制订了反攻计划，其企图是：从谢拉菲莫维奇、克列茨卡亚两地域的顿河登陆场和从斯大林格勒以南的萨尔帕湖至巴尔曼察克湖地域分别实施突击，粉碎德军各突击集团两翼的掩护军队，并沿卡拉奇、苏维埃茨基向心方向发展进攻，围歼直接在斯大林格勒附近作战的德军主力。反攻开始前，苏军在斯大林格勒方向展开的兵力有西南方面军(近卫第1集团军、第5坦克集团军、第21集团军、空军第17集团军，司令为N。F。瓦图京中将)、顿河方面军(第65、第24、第66集团军，空军第16集团军)和斯大林格勒方面军(第62、第64、第57、第51、第28集团军，空军第8集团军)，总计110.6万人、火炮和迫击炮15500门、坦克和自行火炮1463辆、作战飞机1350架。苏军当面之敌是德军“B”集团军群(司令为M。von魏克斯元帅)所属罗马尼亚第3集团军、德军第6集团军和第4装甲集团军、罗马尼亚第4集团军，总计101.1万人、火炮和迫击10290门、坦克和强击火炮675辆、作战飞机1216架。双方兵力对比，苏军人员比德军多10%，火炮和迫击炮多50%，坦克和自行火炮多1.2倍，作战飞机多10%。
11月19日，西南方面军及顿河方面军之第65集团军从谢拉菲莫维奇和克列茨卡亚地域实施突击，揭开反攻序幕。至日终前，西南方面军前进25～35公里；第65集团军因遭敌猛烈抵抗，仅前进3～5公里。20日，斯大林格勒方面军第57、第51集团军及第64集团军左翼各兵团从萨尔帕湖至巴尔曼察克湖地域开始反攻，突破德军防御，保障快速兵团进入突破口。上述两个方面军的坦克和机械化部队向卡拉奇、苏维埃茨基方向迅猛对进，并在拉斯波平斯卡亚地域合围罗马尼亚第3集团军一部(23日投降)；近卫第1集团军、第5坦克集团军、第51集团军则向西南面和南面发展反攻，对整个德军斯大林格勒集团构成合围的对外正面。23日，西南方面军和斯大林格勒方面军的快速兵团在卡拉奇、苏维埃茨基、马里诺夫卡地域会师，合围德军第6集团军全部和第4装甲集团军一部共22个师另160多个独立部队，总计33万人。苏军步兵兵团到达后构成了绵亘的合围对内正面。30日前，苏军压缩合围圈，但由于兵力不足，未能从行进间分割和歼灭德军集团。与此同时，向西南和南面进攻的苏军沿克里瓦亚河、奇尔河、顿河、科捷利尼科夫斯基镇以北一线构成了500余公里的合围对外正面。
12月12日，德军统帅部集中第57装甲军另4个步兵师和2个骑兵师从科捷利尼科夫斯基镇地域实施突击，以解救其被围军队。苏军随即发起科捷利尼科夫斯基战役(12月12～30日)，将这股援军全部击溃。顿河中游的苏军为发展反攻，于16日发起顿河中游战役，歼灭5个意大利师另3个旅，击溃5个罗马尼亚师和1个德军师，重创德军4个步兵师和2个装甲师，迫使德军统帅部最后放弃解救被围集团的企图。至12月底前，沃罗涅日方面军左翼、西南方面军和斯大林格勒方面军在合围对外正面击溃了驰援之敌，并将其残部击退150～200公里，从而为歼灭被围于斯大林格勒附近的德军创造了有利条件。
1943年1月10日，顿河方面军经猛烈炮火准备和航空火力准备后转入进攻，开始歼灭被围德军。第65集团军从西面向斯大林格勒方向实施主要突击。炮兵在苏德战争中首次以徐进弹幕射击支援步兵和坦克冲击。12日，苏军逼近德军位于罗索什卡河的第二防御地带。为突破该地带，第65集团军转移到第21集团军地带。方面军各兵团于15日重新开始进攻，17日前到达沃罗波诺沃、大罗索什卡一线，遇到德军顽强抵抗。经22～25日的激烈战斗，苏军粉碎德军在该地的抵抗。26日晚，第21集团军在马马耶夫岗西北坡与从斯大林格勒迎面进攻的第62集团