Паулюс, будучи медлительным, но методичным штабистом, с приходом Гитлера к власти уверенно поднимался по служебной лестнице. Он оказался в числе основных разработчиков плана войны с Советским Союзом под названием «Барбаросса». В самом начале 1942 г. Гитлер назначил его командующим 6–й полевой армией, одной из лучших в вермахте.
Летом 1942 г. 6–я полевая армия в составе группы немецких армий «Юг» приняла участие в наступлении на Воронеж и вышла к Дону. Однако вскоре Гитлер принял решение о разделении группы армий «Юг» на две части: «А» и «Б». Группа армий «А» получила приказ наступать на Ростов и далее, в сторону Кавказа, а группа «Б» должна двигаться через Дон и захватить Сталинград – тогда третий по величине промышленный центр Советского Союза. Здесь в то время выпускалось около четверти всех советских танков и бронемашин.
На острие удара по Сталинграду как раз и оказалась 6–я армия Паулюса, имевшего в то время воинское звание генерал – полковник. Вначале Сталинград казался для немцев сравнительно легкой целью. Они на этом участке фронта превосходили советские войска в людях в 1,7 раза, в артиллерии и танках в 1,3 раза, в самолетах более чем в 2 раза.
Несмотря на ожесточенное сопротивление советских войск, армия Паулюса продвигалась к Сталинграду по 30 км в сутки. Нацистская пропаганда называла его «арийским героем», «народным генералом», «верным солдатом фюрера». 21 августа 1942 г. Паулюс форсировал Дон, а 23–го – прорвал оборону советских войск и оказался у северных окраин Сталинграда.
2 сентября 1942 г. 6–я немецкая армия приступили к осаде города. Обороняли непосредственно Сталинград 62–я советская армия генерал – лейтенанта В. И. Чуйкова и 64–я армия генерал – майора М. С. Шумилова. Однако, столкнувшись непосредственно с защитниками города, этот раз у немцев легкой победы не получилось: советские войска сражались за каждое здание, за каждый дом, предпринимая многочисленные контратаки.
…Шли дни за днями, а 6–я армия не могла взять Сталинград. Однако фюрер требовал окончательной победы. Немецкий майор Г. Вельц писал: «Много дней наши люди ведут бой всеми средствами, но им не удается оттеснить русских. Они должны были там давно умереть с голоду и израсходовать весь боезапас. Но ничего подобного! Горстка людей и не думает о капитуляции!»
Советские войска продолжали оказывать ожесточенное сопротивление, однако немцы 13 сентября 1942 г. взяли Мамаев курган, а 20 сентября они вышли к Волге, и 62–я советская армия оказалась разрезанной на две части. Потери немцев были огромны, но всё же 26 сентября подразделения 6–й армии Паулюса водрузили на Красной площади – административным центром Сталинграда – флаг со свастикой. Однако, несмотря на все это, сражение за город продолжалось среди руин окраин, причем в самых нечеловеческих условиях.