莫斯科會戰之後，德軍已無力在蘇聯戰場發動全線進攻，1942年4月5號，希特勒籤發41號作戰指令，要求德軍迅速奪取高加索油田，佔領史達林格勒，切斷蘇聯南北雙方的戰略交通信。
初期德軍攻勢凌厲，其餘德軍開始向史達林格勒實施突擊，震驚世界的史達林格勒大會戰開始。八月，德軍已經突入城市，和蘇軍展開了激烈的巷戰，每一條街道、每一棟樓房、每一片廢墟都在進行著反覆爭奪。接到史達林格勒前線告急的朱可夫立即乘坐飛機來到前線，通過對戰場的實際考察，朱可夫判斷，德軍的進攻已經是強弩之末，其現有的兵力、兵器無法實現，同時佔領史達林格勒和高加索的戰略任務。朱可夫與華西列夫斯基向最高統帥部建議，應將德軍主力緊緊遏制，在史達林格勒城下，再發動一場大規模的反攻。
1942年11月19號，震耳欲聾的炮聲宣告蘇軍反攻的開始。蘇軍在德軍兩翼實施強大突擊，並在其背後會師，將33萬德軍包圍得像個鐵桶一般。1943年1月10號，蘇軍以5000門大炮向包圍圈中的德軍發起最後的進攻。1月18號就在史達林格勒會戰接近尾聲時，朱可夫被晉升為蘇聯元帥。消息報發表社論，讚譽朱可夫是才能卓著的勇敢的首長。2月2號，史達林格勒戰役德軍指揮官保盧斯元帥走出了指揮所，向蘇軍投降。至此，經過200天的殘酷激戰，第二次世界大戰中規模最大的會戰終於落下帷幕。