وی عموماً برای فرماندهی ارتش ششم در نبرد استالینگراد شناخته می‌شود. تهاجم اولیه او برای پیشروی به سوی این شهر با موفقیت نسبی همراه بود اما ضد حمله زمستانه ارتش سرخ پائولوس را زمین گیر کرد. نیروهای ارتش سرخ توانستند در عملیات اورانوس بیش از ۲۵۰ هزار نفر از نیروهای او، متحدان آلمان و داوطلبان ضد شوروی را در داخل شهر محاصره کند. تلاش فیلدمارشال اریش فن مانشتاین، فرمانده ارتش چهارم زرهی بدون همکاری نیروهای پائولوس، برای شکست محاصره به جایی نرسید. در پی اتمام ذخایر سوخت، غذا و مهمات، پائولوس بر خلاف دستور صریح هیتلر مبنی بر ادامه جنگ، خود و بیش از ۱۰۰ هزار نفر دیگر را تسلیم دشمن کرد. هیتلر، یک روز پیش از تسلیم ارتش ششم، پائولوس را به رده فیلدمارشالی ارتقاء داده بود تا او را تشویق به ادامه جنگیدن یا خودکشی کند. با توجه به درجه بالا، با پائولوس با احترام بیشتری برخورد شد، به اردوگاه کار اجباری فرستاده نشد و سختی زیادی نکشید. پائولوس بعدها به یک منتقد آلمان نازی بدل شد و به جنبشی موسوم به کمیته ملی برای آلمان آزاد که از طرف شوروی حمایت می‌شد، پیوست. او سال ۱۹۵۳ به آلمان شرقی بازگشت و ۴ سال بعد در اول فوریه ۱۹۵۷ در درسدن درگذشت.