1 января 1942 года Фридрих Паулюс был назначен командующим 6-й немецкой армией. В сентябре 1942 года армия начинает участие в битве под Сталинградом. Однако участие оборачивается неудачей: окруженная советскими войсками, находящаяся в осажденном городе армия ежедневно теряла боеспособность.
Немецкий начальник, один из авторов плана Барбаросса Фридрих Паулюс настоятельно уверял Адольфа Гитлера, что 6-й армии необходимо в сложившейся ситуации оставить Сталинград, а потом предпринять попытку прорыва для соединения с другими немецкими силами. Но Гитлер вместо того, чтобы прислушаться к Паулюсу, пообещал наладить снабжение блокированной армии с помощью "воздушного моста". Также Гитлер пообещал в ближайшее время деблокировать 6-ю армию.
15 января 1943 года Паулюса наградили Дубовыми листьями к Рыцарскому кресту, который он получил ранее. А 30 января Гитлер повысил Паулюса до фельдмаршала. В последнем сообщении, которое Гитлер направил Паулюсу, говорилось, что 6-я армия должна "до последнего солдата и последнего патрона" давать отпор советским войскам.
Кроме того, в обращении Гитлера говорилось, что "еще ни один немецкий фельдмаршал не попадал в плен". Иными словам, Паулюс должен был любым способом избежать этого плена.
30 января в Сталинграде 6-я армия Паулюса капитулировала, а на следующий день, 31 января, Паулюс через офицеров штаба передал советским войскам просьбу о сдачи в плен. Через некоторое время Паулюс был представлен командующему фронтом генерал-полковнику Константину Рокоссовскому.
Рокоссовский предложил Паулюсу издать приказ о капитуляции 6-й армии для того, чтобы прекратить бессмысленную гибель солдат и офицеров. Однако Паулюс отказался от этого: по его словам, поскольку он был пленным, генералы армии подчиняются непосредственно Гитлеру. В итоге 2 февраля последние очаги сопротивления были подавлены.
В самой Германии, реагируя на заявление советской стороны о пленении почти 91 тысячи солдат и офицеров, заявили, что вся 6-я армия пала под Сталинградом. На несколько дней немецкий народ погрузился в траур: радиостанции передавали похоронную музыку, все увеселительные заведения были закрыты.
Впоследствии Паулюс стал одним из самых активных пропагандистов борьбы с нацизмом. Во время содержания Паулюса в лагере для пленных фельдмаршал подписывает обращение "К немецкому народу":
"Считаю своим долгом заявить, что Германия должна устранить Адольфа Гитлера и установить новое государственное руководство, которое закончит войну и создаст условия, обеспечивающие нашему народу дальнейшее существование и восстановление мирных и дружественных отношений с нынешним противником".