德军是在1942年的9月3日正式对斯大林格勒发起进攻的，负责该方向作战的是德军B集团军群，总兵力达90万人，辖有4个集团军，从北到南依次是德军第2集团军（18万人）、匈牙利第2集团军（12万人）、意大利第8集团军（12万人）、德军第6集团军（20万人）、德军第4装甲集团军（15万人）以及集团军群预备队（13个师约10万人）。其中只有德军第6集团军和第4装甲集团军投入到了斯大林格勒的进攻作战中，其他集团军都在执行北翼漫长顿河防线的掩护防御任务。
虽然德军在斯大林格勒投入了两个野战集团军近35万人的强大兵力，但是由于要对斯大林格勒进行严密的包围以切断其和外界地面联系，德军不得不将相当数量的兵力就在斯大林格勒城的北面和南面建立对内对外防线，以阻止外围苏军发起救援进攻。尤其是北面的防线，德军第6集团军三分之二的兵力都投入到这里，总计4个德国军（包括1个装甲军）抗击着苏军顿河方面军的5个野战集团军，他们无法投入到关键的斯大林格勒城内作战。第6集团军只有一个步兵军投入到斯大林格勒城内的突击，即第51步兵军，该军辖有3个步兵师，拥有作战士兵30000人。第4装甲集团军投入的兵力较多，分别是第48装甲军和第4步兵军一部，总计4个德国师和1个罗马尼亚师，50000万人。这样算下来，总共只有8万德军士兵参加了对斯大林格勒城的最初突击，他们的对手的崔可夫的第62集团军，约54000人，德军占据2：1的优势。
德军一开始的进攻计划并非实际那样，鉴于正面进攻工业城市会遭受巨大的损失，德军意图发起一场迅猛的合围战，从两翼迂回这座城市，也就是说，德军想在展开大规模巷战前先切断城内苏军和外界的最后联系（地面联系早已经被切断，但是通过东面的伏尔加河仍旧能得到补给和增援）。德军计划投入三个军而不是实际那样的2个（第4步兵军只投入1个步兵师就暂时不算在内），由第14装甲军从北面发起突击，第48装甲军从西南面发起突击，第51步兵军则从正面（西面）压上，这样德军投入兵力将达到10万人。不过由于外围苏军从北面发起了强大的反攻，最终导致第14装甲军被牵制，无法投入到对斯大林格勒城的突击中，这样只剩下两个军的兵力发起进攻，德军不得不将两翼合围战术更改为正面的强攻，第6集团军的第51军负责进攻北部城区，而第4装甲集团军的第48装甲军和第4军（第94步兵师）负责进攻南部城区。
此后德军陆军又陆续向斯大林格勒城内调入了2个步兵师外加2个步兵团以作增援，兵力应该超过25000人，但是这些增援是在两个月的时间内先后到达的，由于斯大林格勒巷战的残酷性，德军的这点援兵充其量只能补充先前作战部队的损失，在斯大林格勒城内作战的德军士兵从来没有超过10万人。
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