Heusinger devient quelques mois plus tard chef de la section des opérations ( ) à l’OKH et participe aux décisions opérationnelles et stratégiques. Il est chargé de la préparation de l'opération Fall Blau, nom de code de l'attaque sur Stalingrad. Toutefois Heusinger et Halder, le chef d'état-major adjoint de la, ne peuvent imposer leurs vues, confrontés à l'entêtement de Hitler. Halder veut d'abord prendre Moscou, tandis que Hitler vise le Caucase, voie d'accès au pétrole des régions riveraines de la mer Caspienne. La directive de Hitler du , préliminaire à l'hiver désastreux qui aboutit à la perte ou à la disparition d'un million de soldats allemands à Stalingrad, conduit progressivement à l’échec de l'Armée allemande en Union soviétique.