Länsivaltojen sotamateriaaliapu auttoi Neuvostoliittoa kestämään pahimman pulan yli. Kesällä 1942 Saksan hyökkäyksen painopiste siirtyi etelään kohti Kaukasuksen öljykenttiä, sillä panssarijoukot kärsivät polttoaineen puutteesta. Saksa valloitti Kaukasuksen öljykentät, mutta heitä kohtasi pettymys, sillä neuvostoliittolaiset olivat peräännyttyään sytyttäneet koko öljykentän tuleen. Panssarijoukoille ei löydetty polttoainetta ja tilanne kävi vaikeaksi, sillä polttoaine ei riittänyt enää hyökkäyksiin tai taisteluihin. Syksyllä eteneminen päättyi veriseen kolmen kuukauden taisteluun Stalingradin kaupungista Volgan varrella. Kun taistelu kaupungista oli käynnissä, Neuvostoarmeija keräsi joukkoja saartaen saksalaisen 6. armeijan Stalingradin alueelle (operaatio Uranus). Operaatiossa 300 000 saksalaissotilasta motitettiin raunioituneeseen kaupunkiin. Hitler ylensi 6. armeijan johtajan Friedrich Pauluksen marsalkaksi, määräten epäsuorasti tämän komentamat joukot puolustamaan kaupunkia viimeiseen mieheen. Myöhemmin von Mansteinin johtama armeijaryhmä Don yritti auttaa saksalaisia Stalingradissa, päästen jopa noin 50 kilometrin päähän kaupungista. Pauluksen joukot eivät kuitenkaan lähteneet vastaan, mikä olisi voinut pelastaa 6. armeijan täydelliseltä tuholta. Lopulta armeijaryhmä ajettiin takaisin, ja saksalaisten taistelu Stalingradista alkoi olla toivotonta. Pauluksen armeijan rippeet, 91 000 miestä antautuivat 2. helmikuuta 1943. Ankarien olojen vuoksi vangeista kuoli talven aikana yli puolet, ja lopullinen kuolleisuus oli 95 prosenttia. Se oli ensimmäinen kerta, kun saksalainen marsalkka on koskaan historiassa antautunut viholliselle. Hitler totesi Pauluksen ylennyksen olevan viimeinen kerta, kun hän ylentää ketään marsalkaksi sodan aikana.