Die Angriffe der Roten Armee seit Mitte Januar 1942 nördlich Charkow konnte die 6. Armee abweisen. Am 12. Mai begann ein massiver sowjetischer Großangriff in dieser Region. Paulus bewährte sich und ging siegreich aus der Zweiten Schlacht um Charkow hervor, die mit der Gefangennahme von knapp 240.000 Rotarmisten endete. Mit dem Erfolg, für den er am 29. Mai das Ritterkreuz erhielt, verstummten seine Kritiker, die ihm vorgeworfen hatten, keine Ahnung von der Führung einer Armee zu haben. Nach diesem militärischen Desaster waren die Sowjets soweit geschwächt, dass das Unternehmen Blau beginnen konnte, der Angriff auf das Donezbecken und den Kaukasus. Am 23. Juli bekam die 6. Armee den Auftrag, anders als ursprünglich geplant, allein gegen Stalingrad zu marschieren, während die Masse der deutschen Truppenverbände weiter im Südabschnitt gegen den Kaukasus vorstieß. Paulus warnte noch am 29. Juli den persönlichen Adjutanten Hitlers, dass die 6. Armee zu schwach sei, um allein die Stadt einzunehmen. Er erhielt aber nur die Zusage einer gewissen Unterstützung durch Verbände der am Südflügel der 6. Armee stehenden 4. Panzerarmee.