בתקופה שקדמה לפלישה הגרמנית לברית המועצות, היה נשק החי"ר הסטנדרטי בצבא האדום רובה מוסין נגאן משופר מדגם M1891/30 - רובה נטען בריח בעל מחסנית 5 כדורים בקליבר 7.62 מ"מ. דגמים משופרים של רובה זה בגרסת קרבין יוצרו בכמויות גדולות מאוד גם במהלך המלחמה.
בשנים 1939–1941 פיתח הצבא האדום מספר דגמי רובים חצי אוטומטיים ותת-מקלעים, אך רק לאחר פתיחת מבצע ברברוסה, הוחל בייצור המוני שלהם.
בשנת 1942 כבר צוידו החיילים הסובייטיים בכמויות גדולות של רובים חצי אוטומטיים מדגם SVT-40 בעלי מחסנית של 10 כדורים, ובתת-מקלעים מדגם פפ"ש עם מחסנית תוף עגולה שהכילה 71 כדורים. הצבא הסובייטי היה מצויד גם במקלעים קלים מדגם "דגטיאריוב", ובמקלעים בינוניים מיושנים מדגם "מקסים" M1910, שהוחלפו רק ב-1943 על ידי מקלע גוריונוב SG-43. בניגוד לצבא הגרמני לא היה לצבא האדום מקלע חי"ר אוניברסלי רב תכליתי, דוגמת ה-MG34 הגרמני, והמקלעים שעמדו לרשותו היו פחות יעילים והרבה יותר מסורבלים להפעלה.
לפני פרוץ המלחמה היו לצבא האדום למעלה מ-20 אלף טנקים, אך רובם המכריע היו טנקים קלים מסדרת BT, שהתקשו להתמודד מול טנקי הפאנצר הגרמניים סימן 3 וסימן 4. בשנת 1942 הוחל בייצור המוני של טנקים בינוניים מדגם T-34/76 שהפכו לעמוד השידרה של כוחות השריון הסובייטיים. ה-T-34 נחשב לאחד הטנקים המוצלחים ביותר של מלחמת העולם השנייה, וב-1941 הוא היה עדיף על כל סוגי הטנקים הגרמניים שעמדו מולו, אך הוא לקה בשתי מגבלות קשות, שפגעו ביעילותו - צריח קטן למדי שהכיל 2 אנשים בלבד, והעדר קשר רדיו אלחוטי (בעיה שנפתרה רק ב-1943).
ב-1942 כבר ייצרו הגרמנים דגמים משופרים של טנקים, שהיו מסוגלים להתמודד נגדו בהצלחה. הצבא האדום היה מצויד גם בטנקים כבדים מדגם "קלים וורושילוב" KV-1, שגם הם צוידו בתותח 76.2 מ"מ, אך היו בעלי שריון עבה יותר, ולכן איטיים יותר. עם זאת, חלק ניכר מהטנקים הסובייטיים ב-1942 היו עדיין טנקים קלים מהדגמים T-60 ו-T-70. טנקים אלו, עם 2 אנשי צוות בלבד ושריון דק, לא היוו יריב של ממש לטנקים הגרמניים. הם הצטיינו בניידות גבוהה, ושימשו בעיקר כרכבי סיור משוריינים, בדומה לפאנצר סימן 2 הגרמני.
צבאות מדינות הציר.
קבוצת ארמיות B, שלחמה באזור סטלינגרד, כללה יחידות מרוב המדינות הגרורות של גרמניה, שנטלו חלק במערכה בחזית הסובייטית. בנוסף לשלוש ארמיות גרמניות (שאחת מהן, הארמייה השנייה, לא לקחה חלק במערכה באזור סטלינגרד), כללה קבוצת הארמיות 2 ארמיות רומניות (השלישית והרביעית), את הארמייה השמינית של הצבא האיטלקי ואת הארמייה ההונגרית השנייה. צבאות בעלות הברית של גרמניה הנאצית לא השתתפו אמנם במערכה בתוך העיר סטלינגרד (למעט רגימנט קרואטי אחד), אולם הם נטלו חלק במערכה באזור סטלינגרד ובחבל הדון, בעיקר במהלך מתקפת הנגד של הצבא הסובייטי בחורף 1942–1943.
הוורמאכט היה, אולי, הכוח הצבאי המקצועי והיעיל ביותר מבין כל הצבאות שהשתתפו במלחמת העולם השנייה. החייל הגרמני היה מקצועי ומאומן היטב, והצטיין הן במתקפה והן במגננה. הוא גם הוכיח יכולת הסתגלות מהירה לתנאים המשתנים בשדה הקרב, במיוחד בשלבים המאוחרים של המלחמה, כאשר הצבא הגרמני נמצא כמעט תמיד בנחיתות מספרית גדולה מול יריביו, בכוח אדם ובנשק כבד. הצבא הגרמני הצטיין ברמה גבוהה של גמישות, יכולת אלתור ויוזמה. הקצינים הגרמניים בדרגות הנמוכות חונכו והומרצו לקחת יוזמה, וקיבלו מידה רבה של חופש פעולה מהפיקוד הצבאי הבכיר. הצבא הגרמני הרבה להשתמש בצוותי קרב משולבים רב זרועיים ("קמפגרופה") שהוקמו אד הוק לצורך מילוי משימות מוגדרות, והצטיין במיוחד בקרבות תנועה.
עם זאת, בניגוד לתדמיתו כצבא ממונע מודרני, רק כ-20 אחוז מהיחידות שהשתייכו לכוחות היבשה של הוורמאכט (גרמנית: Heer, צבא) היו ממונעות לחלוטין או בחלקן הגדול (דיוויזיות שריון וחרמ"ש). 90 אחוז מהחיילים בדיוויזיות הרגלים, שהיוו את רוב מניינו של הצבא הגרמני, נעו ברגל או על גבי אופניים, ודרגי התובלה שלהם התבססו בעיקר על סוסים. גם הארטילריה הגרמנית הייתה ברובה ארטילריה נגררת, אם כי יחסית לצבא הסובייטי, הצבא הגרמני הרבה להשתמש בתותחים מתנייעים מסוגים שונים.
לעומת השינויים מרחיקי הלכת שעברו על הצבא הסובייטי במהלך השנה הראשונה של המלחמה בחזית המזרחית, מעטים היו השינויים שנערכו בהרכבו של הצבא הגרמני. השינוי המשמעותי ביותר היה צמצום גדול של מספר הטנקים בדיוויזיות השריון ובדיוויזיות הממונעות, מהלך שאיפשר לפיקוד הגרמני להכפיל כמעט את מספר הדיוויזיות הניידות שפעלו בחזית הסובייטית.
בניגוד לצבא הגרמני, צבאות בעלות בריתה של גרמניה הנאצית, ששירתו בחזית הסובייטית, היו נחותים בהשוואה לצבא הסובייטי. הארמיות הרומניות, האיטלקיות וההונגריות, שהגנו על האגף הצפוני של כוחות הציר באזור הדון, סבלו ממחסור בנשק כבד ובנשק מסייע (טנקים, ארטילריה, תותחי נ"ט ומטוסים), והכלים שעמדו לרשותם היו ברובם מדגמים מיושנים, שלא התאימו לדרישות שדה הקרב בחזית הסובייטית. להוציא מספר יחידות עילית (דוגמת הקורפוס האלפיני) מרבית היחידות שלהן סבלו ממורל ירוד ומפיקוד לקוי ולא היו מאומנות ומצוידות כראוי.
ציוד וחימוש.
נשק החי"ר הסטנדרטי של הצבא הגרמני בראשית מלחמת העולם השנייה היה רובה נטען בריח בקליבר 7.92 מ"מ עם מחסנית בת 5 כדורים תוצרת "מאוזר" Gewehr 98, וגרסת הקרבין שלו מאוזר K98 (המוכר בישראל בכינוי "רובה צ'כי"). ב-1941 החלו להיכנס לשירות רובים חצי אוטומטיים בעלי מחסנית 10 כדורים מדגם Gewehr 41, שהוחלפו מאוחר יותר בדגם המשופר Gewehr 43. בנוסף לכך צויד החי"ר הגרמני בכמויות גדולות של תת-מקלע מדגם MP40, הידוע בכינויו "שמייסר", בעלי תחמושת 9 מ"מ ומחסנית של 30 כדורים. הנשק המסייע הכיתתי והמחלקתי העיקרי היו מקלעים קלים ובינוניים יעילים מדגם MG34, שהוחלפו ב-1942 בדגם משופר, ה-MG42. יחידות החי"ר הגרמני צוידו בכמויות גדולות של מקלעים קלים, שהעניקו להם עוצמת אש חזקה ועדיפות על יריביהם.
ערב הפלישה לברית המועצות היוו הטנקים הקלים מדגם פאנצר סימן 2, פאנצר 35(t) ופאנצר 38(t) חלק ניכר מכוח השריון הגרמני, אך עד קיץ 1942 הוצאו רובם הגדול מהשירות בקו החזית כחלק מהפקת הלקחים מחודשי המלחמה הראשונים, והטנקים הבינוניים מדגם פאנצר סימן 3 ופאנצר סימן 4 הפכו לעמוד השדרה של כוח השריון הגרמני בחזית המזרחית. הדגמים המשופרים של פאנצר סימן 3 (שצוידו בתותח 50 מ"מ ארוך קנה L/60) ושל פאנצר סימן 4 (בעלי תותח 75 מ"מ ארוך קנה L/43), יכלו להתמודד בהצלחה כנגד הטנקים הסובייטיים מדגם T-34 ומדגם KV-1. אולם בקיץ 1942 עדיין היה מספרם קטן יחסית. לקראת סוף 1942 הוכנסו לראשונה לשימוש בחזית הסובייטית גם טנקים כבדים מדגם טיגר עם תותח 88 מ"מ, שהיו עדיפים בהרבה על כל סוגי הטנקים שעמדו לרשות הצבא הסובייטי באותה עת.
תנאי קרקע ואקלים באזור סטלינגרד.
השטח בין הנהרות וולגה ודון הוא ברובו המכריע ערבה שטוחה, כמעט נטולת צמחייה גבוהה, בעלת מספר סממנים אופייניים למדבר. הגובה הכללי של הקרקע נע סביב 70 עד 150 מטר מעל פני הים. בין הוולגה והדון זורמים מספר נהרות בכיוון כללי ממזרח למערב: אקסאי, אקסאי יסאולובסקי, מישקובה, דונסקאיה צאריצה וקפרובקה. מאפיין ייחודי לאזור זה הוא היותו מבותר על ידי מספר רב של ערוצי נחלים יבשים, עמוקים למדי ובעלי קירות תלולים (הנקראים "באלקה"). ערוצים אלה מעניקים בדרך כלל יתרון משמעותי לכוח המגן, מכיוון שהם מאפשרים לו לתפוס עמדות הגנה נסתרות ב"מדרון אחורי", שקשה לפגוע בהם באש ארטילרית.
פני הקרקע בתוך העיר סטלינגרד היו מבותרים אף הם על ידי 2 נהרות (צאריצה בדרום העיר, ומאצ'אטקה בצפונה), וכן על ידי מספר ערוצי נחלים יבשים - ערוץ קרוטוי, ערוץ דולגי, ערוץ באנוי ועוד - שעברו בכיוון כללי ממערב למזרח, התחברו אל הוולגה ופיצלו את העיר למספר חלקים. מצד אחד, הערוצים הללו סייעו למגינים הסובייטיים, משום שהקשו על הגרמנים לתקוף מצפון ומדרום את האגפים של הארמייה ה-62, לנתק אותה מהוולגה ולכתר אותה. אולם כאשר הגרמנים תקפו חזיתית את העמדות הסובייטיות (כפי שפעלו כמעט תמיד במהלך המערכה על סטלינגרד) הערוצים היוו נקודות תורפה של מערך ההגנה הסובייטי. הם היו קשים להגנה ואיפשרו ליחידות גרמניות קטנות להסתנן דרך הקווים הסובייטיים, להגיע עד הוולגה ולתקוף את המגינים הסובייטיים בעורפם.
האקלים באזור סטלינגרד אופייני לאזורי ערבות ולאזורים מדבריים. הוא מתאפיין באקלים קוטבי, המתאפיין בהבדלים קיצוניים בין הטמפרטורות בשעות היום והלילה, ובין מזג האוויר בחודשי הקיץ והחורף. בקיץ חם מאוד, והטמפרטורה יכולה להגיע עד 45 מעלות צלזיוס. ואילו בחודשים דצמבר עד פברואר הטמפרטורה יורדת עד 30 מעלות מתחת לאפס. כוחות הציר, שכותרו באזור סטלינגרד בשלבים המאוחרים של קרב סטלינגרד, סבלו קשות מתנאי האקלים הקשים, ויכולת הלחימה שלהם נפגעה עקב הקור העז ששרר באזור בחורף 1942/1943.
מבצע מקרה כחול.
תוכנית המתקפה הגרמנית בקיץ 1942 נקראה בשם הקוד: "Fall Blau" ("מקרה כחול"). ביצוע המתקפה הוטל על קבוצת ארמיות דרום הגרמנית, שכללה חמש ארמיות גרמניות, וארבע ארמיות מצבאות המדינות הגרורות של גרמניה הנאצית (הונגריה, איטליה, ורומניה), שהתפקיד העיקרי שיועד להן היה להגן על האגפים של הכוח הגרמני המתקדם.