В состав группы армий «Б» (командующий — генерал-полковник, с 1.02.1943 г. генерал-фельдмаршал М. Вейхс) входили: немецкие 4-я танковая, 2-я и 6-я армии, 8-я итальянская и 2-я венгерская армии.
Из состава войск группы армий «Б» для захвата Сталинграда была выделена 6-я армия (командующий — генерал-полковник Ф. Паулюс). Немецкое командование было настолько уверено в быстром захвате Сталинграда, что с 1 по 16 июля сократило состав 6-й армии с 20 до 14 дивизий. Всего в 6-й армии к началу наступления насчитывалось 270 тысяч солдат и офицеров, около 3 тысяч орудий и минометов, около 500 танков, а с воздуха ее поддерживали 1200 боевых самолетов 4-го воздушного флота.
В результате неудачного для советских войск исхода операций под Харьковом на Воронежском направлении и в Донбассе, а также выдвижения крупных сил противника в большую излучину Дона создалась реальная угроза прорыва врага к Волге. Это могло привести к разрыву фронта советских войск и потере коммуникаций, связывавших центральные области страны с Кавказом.
Войска Юго-Западного фронта понесли большие потери и не могли остановить продвижение немецко-фашистских войск на восток. Войска Южного фронта, отражая атаки соединений немецких 1-й танковой и 17-й армий группы армий «А» с востока, севера и запада, с тяжелыми боями отходили к Ростовскому оборонительному району. Требовались срочные, решительные меры, чтобы организовать отпор противнику на Сталинградском и Кавказском направлениях.
С этой целью решением Ставки Верховного Главнокомандования (ВГК) в тылу Юго-Западного и Южного фронтов были развернуты 62-я, 63-я и 64-я армии. 12 июля был образован новый Сталинградский фронт (командующий — Маршал Советского Союза С. К. Тимошенко), в состав которого, кроме указанных армий, вошли из расформированного Юго-Западного фронта 21-я и 8-я воздушная армии.
Сталинградский фронт получил задачу создать прочную оборону по левому берегу Дона в полосе от Павловска до Клетской и далее по линии Клетская — Суровикино — Верхне-Курмоярская. На участок от Верхне-Курмоярской до Азова (протяженностью свыше 300 км) по левому берегу Дона была выдвинута 51-я армия Северо-Кавказского фронта. Вместе с отходившими войсками Южного фронта она должна была прикрывать Кавказское направление. Вскоре в состав Сталинградского фронта Ставка дополнительно включила отошедшие с большими потерями 28-ю, 38-ю и 57-ю армии. На усиление 8-й воздушной армии в район Сталинграда были направлены десять авиационных полков (всего 200 самолетов).
Необходимо отметить, что несвоевременное определение намерений противника по захвату Сталинграда летом 1942 года привело к тому, что Ставка ВГК не успела вовремя перебросить резервы для создания нового фронта обороны. В середине июля врагу на Сталинградском направлении реально могли противостоять 12 дивизий 63-й и 62-й армий (166 тысяч человек, 2,2 тысяч орудий и минометов, около 400 танков). Авиация фронта насчитывала около 600 самолетов, в том числе 150–200 бомбардировщиков дальней авиации и 60 истребителей противовоздушной обороны (ПВО).
На подступах к Сталинграду строились четыре оборонительных обвода: внешний, средний, внутренний и городской. Хотя к началу оборонительной операции оборудовать их полностью не удалось, они сыграли немалую роль в обороне города. Из числа жителей Сталинграда формировались батальоны народного ополчения.
Общее руководство и координацию действий фронтов под Сталинградом по поручению Ставки ВГК осуществляли заместитель Верховного Главнокомандующего генерал армии Г. К. Жуков и начальник Генерального штаба генерал-полковник A. M. Василевский.
Если учитывать решаемые задачи, особенности ведения боевых действий обеими сторонами, пространственный и временной масштаб, а также результаты, то Сталинградскую битву можно разделить на два периода: оборонительный — с 17 июля по 18 ноября 1942 г. и наступательный — с 19 ноября 1942 г. по 2 февраля 1943 г.
Стратегическая оборонительная операция на Сталинградском направлении продолжалась 125 дней и ночей и включала два этапа. Первый — ведение оборонительных боевых действий войсками фронтов на дальних подступах к Сталинграду (17 июля — 12 сентября), второй — ведение оборонительных действий по удержанию Сталинграда (13 сентября — 18 ноября 1942 г.).
Немецкое командование наносило главный удар силами 6-й армии в направлении на Сталинград по кратчайшему пути через большую излучину Дона с запада и юго-запада, как раз в полосах обороны 62-й (командующий — генерал-майор В. Я. Колпакчи, с 3 августа — генерал-лейтенант А. И. Лопатин, с 6 сентября — генерал-майор Н. И. Крылов, с 10 сентября — генерал-лейтенант В. И. Чуйков) и 64-й (командующий — генерал-лейтенант В. И. Чуйков, с 4 августа — генерал-лейтенант М. С. Шумилов) армий. Оперативная инициатива находилась в руках немецкого командования при почти двойном превосходстве в силах и средствах.