З вересня 1942 року командував 62-ю армією, яка прославилася героїчною шестимісячною обороною Сталінграда. Для Червоної армії вуличні бої в Сталінграді були першими серйозними боями в місті. З ім'ям В. І. Чуйкова пов'язують і появу спеціальних штурмових груп. Ці групи першими несподівано вривалися в будинки, а для переміщень використовували підземні комунікації. Пізніше цей досвід знадобився В. І. Чуйкову у битві за Берлін.