Dengan metode pertempuran yang disebut Jerman sebagai Rattenkrieg, atau "Perang Tikus", Tentara Merah bergerak dalam regu eranggotakan delapan atau 10 orang dan saling bertarung untuk setiap rumah dan pekarangan wilayah.
Namun, kedua belah pihak kekurangan makanan, air, atau pasokan medis yang diperlukan, dan puluhan ribu orang tewas setiap minggu.
Pemimpin Soviet Joseph Stalin bertekad untuk membebaskan kota yang dinamai menurut namanya, dan pada November ia memerintahkan bala bantuan besar-besaran ke daerah tersebut. Pada 19 November, Jenderal Zhukov melancarkan serangan balasan Soviet yang hebat. Komando Jerman meremehkan skala serangan balik, dan Angkatan Darat Keenam dengan cepat kewalahan oleh serangan, yang melibatkan 500.000 tentara Soviet, 900 tank, dan 1.400 pesawat. Dalam waktu tiga hari, seluruh pasukan Jerman yang berjumlah lebih dari 200.000 orang telah dikepung.
Pasukan Italia dan Rumania di Stalingrad menyerah, tetapi Jerman bertahan, menerima pasokan terbatas melalui udara dan menunggu bala bantuan. Hitler memerintahkan Von Paulus untuk tetap di tempatnya dan mempromosikannya menjadi marshal lapangan, karena tidak ada marshal lapangan Nazi yang pernah menyerah.