成功击退了苏联红军的冬季攻势后，德军认为占领莫斯科十分困难，因此转变进攻重点，改为向苏联的高加索地区展开进攻。进攻初期，德军先在哈尔科夫歼灭了苏联红军30余万人，并迅速南下，席卷整个高加索地区。但是，由于苏联红军在前一年的大溃败中吸取了足够的教训，德军没能在高加索地区大规模歼灭苏联红军，苏联红军虽然无法抵挡德军装甲部队的进攻，但是得以保全力量。

随后，为掩护南下高加索的德军（为了获取巴库油田的石油），德军意图占领伏尔加河畔的斯大林格勒，随之在斯大林格勒展开了与苏联红军旷日持久的大会战。德军在战役开始前对斯大林格勒展开了大规模轰炸，把城区炸成了一片废墟，随后德国南方集团军群主力突入城市。崔可夫将军率领的苏联第62集团军在斯大林格勒城内迅速组织起了有效的抵抗。

战役主要在斯大林格勒城内和接近地展开，每一条街道、每一座房屋甚至每一堆废墟都要反复争夺，进展往往按米来统计，战斗极为残酷和血腥，双方投入的总兵力在300万人以上，苏联红军坚强的抵抗，使德军每前进一步都要付出惨重的代价。而此时苏联上百万的预备队已经在两侧聚集，于1942年末在德军两侧发动钳形攻势并包围了轴心国部队包括德军第6集团军在内的主力27万部队，并于1943年2月2日将其全部歼灭。苏联红军取得了决定性胜利，德军第6集团军全部和第4装甲集团军大部，罗马尼亚第3、第4集团军，意大利第8集团军以及配属的大量技术分队和支援部队被歼灭，双方损失始终没有精确统计，一般认为德军伤亡被俘共85-100万人左右，苏军伤亡100-120万人左右。

斯大林格勒战役与同时期发生的阿拉曼战役、中途岛海战胜利，构成了整个第二次世界大战的转折点（严格的说，阿拉曼战役和中途岛战役，无论是双方投入的力量、持续的时间以及损失情况，均远远无法与斯大林格勒战役相比，过去有些历史学教科书认为，斯大林格勒战役是整个第二次世界大战的转折点是有一定道理的，这里综合东西方的观点）。在歼灭德军第6集团军后，苏联红军乘胜紧逼顿河畔罗斯托夫，在高加索的德军后撤，苏军并迅速夺回了高加索地区。

但是，由于苏联红军过分展开，在其进攻哈尔科夫时（第二次哈尔科夫战役），遭到曼施坦因的反攻，进攻部队被击溃，德军得以稳固自斯大林格勒失败以来不断后退的战线。

此时，在前线形成了库尔斯克突出部，德军希望能够利用这个突出部歼灭苏联红军主力部队以夺回战场主动权。

1943年7月5日晨，库尔斯克决战打响，但在苏军准备充分的防御阵地面前，德军的进攻步履维艰，12日，双方在库尔斯克南部奥博场方向的普罗霍洛夫卡发生坦克大会战，以帝国师为首的德军装甲部队和以近卫坦克第5军为首的苏军装甲部队发生的遭遇战，激烈的战斗持续了一整天，虽然苏军损失高于德军，但德军始终无法推进，随着苏军在奥廖尔附近的进攻和盟军登录西西里，德军被迫终止了进攻，退回到了出发阵地，8月23日，苏军收复哈尔科夫，库尔斯克战役以苏军胜利而结束。

至此，德军再也没有在苏德战场上发动过战略进攻，而是转向了战略防守，斯大林格勒战役和库尔斯克战役可谓是苏德战场的转折点。

此时苏联经济已经完全转入战时轨道，生产了大量武器装备和物资，同时根据《租借法案》获得了来自美英等同盟国大量援助，军事力量有了很大提高。而纳粹在德国本土由于英美对德战略轰炸使得德国空军力量疲于应付，又在北非战场惨败，其仆从国也开始有了反战、反德的倾向，德国已经越来越没有能力与苏联抗衡了。