希特勒在实施东方战役之前，曾命令一度担任巴本和施莱歇政府新闻局长的马克斯少将对东方战役进行一番研究。因为这一研究结果被认为脱离实际。于是希特勒命保卢斯草拟一个新的建议。保卢斯虽然对于进攻苏联一事不无疑窦，但他仍制定了一项暂以列宁格勒——斯摩棱斯克——第聂伯河一线为目标的攻击计划，这也是总参谋长哈尔德上将的主张。保卢斯认为，对苏军不仅应予击退，而且必须歼灭。他还强调说，一切都将有赖于后勤补给和预备队的支援。他提出不仅要从地图上还要在及时了解第一线部队实际情况中不断变动地实施对作战的指挥。但希特勒不同意这一点，他只需要凭自己的直感去经常干涉指挥第一线部队。

    1942年保卢斯接任了赖歇瑙的第六集团军司令之职，上任后他立即取消了集团军中的就地枪决苏军被俘政委的“赖歇瑙命令”。认为那样做不利于鼓舞士气，只会逼着敌人拼死战斗。

    1942年德军夏季攻势发起后，保卢斯指挥第六集团军及时占领了进攻出发阵地，击退了苏军于5月9日开始的钳形攻势，17日向苏军突击，迫使苏军停止进攻转为防御。25日部分苏军被歼灭。保卢斯的部队表现极为出色，他本人简直成了最高统帅部的宠儿。5月29日，他因战功而获骑士铁十字勋章。

    此时苏军最高统帅部正确分析了形势，计划通过顽强的防御削弱并阻止德军进攻集团，不让它进至伏尔加河，从而赢得必需的时间来组训预备队，待条件成熟后转入坚决的反攻，以求扭转整个苏德战场形势。

    苏军在顿河及伏尔加河之间，构筑了纵深60公里的4道防御围廓，即外层围廓、中层围廓、内层围廓、市区围廓。对城市防御起了不小作用。

    7月23日，保卢斯命令北路突击集团第八军和坦克第十四军坚决突破苏军第62集团军的阵地；并亲自在7月26日指挥南路突击集团第五十一军和坦克第二十四军向苏军第64集团军发起冲击。在保卢斯的督令下，德军两路一举突破苏军防御，分别进至上布齐诺夫卡和下奇尔斯卡亚地域。

    保卢斯向斯大林格勒步步逼近，他于7月30日又得到了坦克第四集团军的加强(希特勒又下令把其从高加索方向调了回来)，沿科捷尔尼科沃一斯大林格勒铁路线发起进攻，压迫苏军第51集团军节节败退。苏军为阻止德军的突入，组成了一个战役集群强力抗击。但该集群激战两天后还是被迫退到了阿克塞河北岸。8月5日，德军前出至阿勃加涅罗沃地域。

    8月5日至10日，苏军进行了英勇的战斗，不让德军从西面和南面向防御的外围推进，并实施反突击，迫使德军坦克第四集团军暂时转入防御。打红了眼的保卢斯不顾伤亡，严令所部第六集团军拼命推进，至8月17日，他终于前进了60至80公里，把经过一个月艰苦的远接近地防御作战的苏军，打退到斯大林格勒外层围廓。

    8月19日奉B集团军群的指令，保卢斯组成北突击集团，由特廖霍斯特罗夫斯卡亚地域朝东，对斯大林格勒实施向心突击。21日，他在卡拉奇东北地域夺取了一个登陆场，像一把尖刀直插斯大林格勒。

    23日，对斯大林格勒的保卫者来说是很艰巨的一天。这一天，德军第六集团军的坦克第十四军渡过顿河，在斯大林格勒以北叶尔佐夫卡地域进至伏尔加河，切断了苏军第62集团军与斯大林格勒方面军其他部队的联系。为阻止德军突入城市，斯大林格勒方面军急速派出预备队和工人武装在伏尔加河组织防御。当天下午，德军出动几百架飞机对城市进行密集轰炸，入夜时又出动飞机约2000架次进行袭击。斯大林格勒市区遭到严重破坏，伏尔加河岸的油库中弹起火，燃烧的石油沿河漫流，城市成了一片火海。

    保卢斯挥军于8月25日攻至斯大林格勒市西郊，他以不屈不挠的精神，在空军的强大支援下，合围了斯大林格勒。但由于苏军新锐兵力不断调来，反突击一次比一次猛烈，迫使他把部分兵力北撤，从而减弱了他对斯大林格勒市区的进攻。直到29日，德军坦克第四集团军进入加夫里洛夫卡地域，威胁苏军第62、64集团军的后方，苏军撤至内层围廓顽抗。9月2日保卢斯向苏军内层围廊猛攻，争夺内层围廓的激烈战斗一直持续到9月12日，苏军终于没能挡住保卢斯的推进步伐，战线距市区的最近处只有两公里了。随后苏军撤向城市，保卢斯的铁蹄踏进了斯大林恪勒市区。

    市区争夺战达到白热化程度，市内的街道和广场都变成了激烈的战场。保卢斯不惜重大伤亡，指挥德军每天从早到晚连续冲击。苏军利用建筑物废墟组成支撑点和抵抗枢纽进行顽强抗击，每一处瓦砾场和废墟地都变成了堡垒，每栋楼房，每层楼都是刺刀和手榴弹反复争夺的目标。

    10月14日，保卢斯攻向拖拉机厂和“街垒”厂，他在约5公里宽的地段上集中了两个坦克师和三个步兵师的兵力进行突击，德军航空兵出动率也达到了市区争夺战以来的最高点，出动了 2000架次飞机支援地面战斗和轰炸市区。15日，保卢斯攻陷了拖拉机厂。17日苏军第一三八师增援工厂区战斗。在伏尔加河畔的每一寸土地上都展开了残酷的争夺战。18日保卢斯的城市攻坚战取得进展，控制了城市的绝大部分，并几乎瘫痪了苏军的河上交通。苏军最高统帅部宣布斯大林格勒的局势大大恶化，并投入强大的兵力于战区。苏军的顽强战斗，大量杀伤了德军，德军的攻势逐渐减弱，一切都预示着要发生一场变化了的大规模攻防战。

    为了先发制人，保卢斯命令先行炸毁斯大林格勒的“加农炮工厂”和“网球拍”厂这两个桥头堡。攻击从11月9日开始，但由于步兵过度劳累，攻击多次受挫，双方伤亡都很大。11月11日，他再次发起冲击，企图占领城市。这一天在他的严厉督令下，德军拼命强击，占领了“街垒”厂的南部并进至伏尔加河岸。苏军第62集团军被分割成三个部分，但他们凭着这三块阵地牵制着进攻的德军。13日，保卢斯进行了最后一次进攻，由于苏军的殊死抵抗，德军第六集团军伤亡太大，攻击又被迫停止。

    至11月18日，斯大林格勒经受了德军多次猛攻，苏军守住了重要的战略要地。保卢斯感叹着夺取目标有时好像就在指顾之间，然而始终可望而不可即。战况出现了迅速的逆转。

    保卢斯立即把第六集团军一切可用兵力都投入了苏军的东侧，进行对苏军内翼的防御反击。然而一切都无济于事，苏军两，个突击集团于22日在卡拉奇会师，铁钳合上了，德军第六集团军完全陷入了合围。

    尽管保卢斯在11月20日就收到了要他坚守在斯大林格勒和等待外部援救的命令，但他仍然做好了向西南方向突围的一切准备，无论是他还是他的军长们都不相信会有及时的援救。保卢斯预定在11月25日夜变更部署后实施突围。为此，他在23日晚间给希特勒发了一封急电，指出第六集团军兵力此时过弱，无力长期扼守因遭合围而扩大了一倍多的正面。此外，最近两天又受到很大损失，因此要求准许突围。希特勒重申坚守待援，保卢斯在集团军司令部举行紧急会议，决定，第六集团军坚持固守，但空中补给必须迅速加强。然而日益严重的局势迫使他们重新考虑突围。于是，保卢斯电呈希特勒，再次陈述突围理由。希特勒在为解救第六集团军而举行的会议上听信了戈林大元帅保证空中补给的许诺，因而仍旧命令保卢斯固守。保卢斯再次举行作战会议，听取下属各指挥官意见。会上，第十四坦克军军长胡贝将军主张不顾希特勒的命令而冒险突围。海茨和耶尼克两位将军也同意这一主张。尤其是第五十一军军长库尔茨巴赫更是强调突围势在必行。

    保卢斯拿出希特勒关于固守的命令据此表示，军人在任何情况下都必须服从。库尔茨巴赫仍不放弃自己的意见，他向集团军群司令官递交了一份意见书说，纵使违背了希特勒的严令，也必须突围。他坚持认为，从军事的立场看，固守乃是一种犯罪；而对德意志民族所负责任来说，固守也是在犯罪。可是保卢斯仍在服从，希特勒在11月26日再次电令他，坚守斯大林格勒，不得撤退。

    以后的情况表明，德国空军根本无法对被围集团军实施补给。几周之后，补给飞行几乎完全停止，饥饿和寒冷严重威胁着被围德军。

    12月12日，霍特上将指挥的战役集群向苏军第51集团军发起进攻，企图解救保卢斯的第六集团军，苏军合围圈对外正面受到威胁，差点被突破。在此情况下，苏军紧急调遣预备队加强防御，并准备打击增援的德军。12月19日，德军增调一个坦克师再度发起进攻。23日前，德军霍特集团进至梅什科瓦河，一度与被围德军集团相距不到40公里。霍特集团赶来增援的消息闪电般地传遍了整个第六集团军，一时群情振奋，当解救兵力已进至距此不远时，保卢斯下令做好了从合围圈内突围的一切准备，他同霍特保持不断的无线电联系，一俟接近时机，就向该部所在方向迎头突围。但是霍特的部队在攻击中损失惨重，停止了前进，各师接着撤了回去。在随后苏军于24日发起的反攻中，解救就成了泡影。

    保卢斯上将之所以不下令突围，一是不敢违背希特勒的训令；二是他本来就怀疑有突围出去的可能，因为要走的路程相当远，部队战斗力又大大减弱。他没掌握总情况，假如他坚决点，把一切置之度外果断突围，也许是可以突出去的。因为仅仅在几个星期后的隆冬时节，就有4000多德军和意大利的一个师突围了出去，苏军在突然打击下一时束手无策。他放过了哪怕使一部分兵力免于毁灭的最后一个机会，到了1943年1月初，苏军已将合围圈以外的德军推到距被围德军200至250公里远，合围圈也越压缩越小，德军第六集团军已陷入绝境，突围同解围一样，是想也不用想了。

    早从12月26日起，保卢斯的日子就越来越难过了，部队每人每天只配给50克面包，士兵吃不饱，体质非常虚弱，不少人被冻死冻伤，连运输机都运不及。保卢斯一再迫切地要求补给和增援，可他哪里知道，希特勒的心目中，早就没有了这个被围在斯大林格勒的第六集团军了。飞机被派往西线作战去了，保卢斯盼来的，只有希特勒让被围德军勇敢厮杀的命令。

    元月30日，城市南集群军的第十四坦克军投降，次日，第五十一军也随之投降。就在31日这天，保卢斯接到希特勒晋升他为元帅的命令。但他已同苏军取得联系，同意投降。当苏军指挥员出现在他的集团军司令部时，他慌恐又羞怯地退回自己的房间，关上灯，弯着腰收听无线电广播。投降事宜则委托给他的参谋长施密特少将代办。保卢斯让施密特转告苏军，他仅能代表他本人及其司令部投降，但不能代表他的集团军所有残部投降，因为同他们已经失去联络。

    城市南部的德军集群在刚被希特勒提升为元帅的保卢斯及其参谋长施密特将军被俘后，停止了抵抗。北部德军集群仍继续顽固抵抗，苏军在每公里正面集中了多达338门的大量火炮，对德军实施了猛烈轰击，2月2日德军城北部集群终于放下了武器，第十一军军长施特雷克尔成了俘虏。

    至此，苦战了200个昼夜的第二次世界大战中流血最多的斯大林格勒会战就此结束了，它以苏联军队的辉煌胜利告终。德军在会战中损失约150万人，占其在苏德战场作战总兵力的四分之一。在斯大林格勒一带德军损失了80多万人，仅第六集团军就有20多万人损耗在这里。它在被围当日共有25万至26万多人，到投降时只剩下9万人活着走进俘虏的行列。这些俘虏行进在冰天雪地之中，衣不蔽体，食不裹腹，估计他们大半都死在了草原上。因为其下场至今仍一直是个谜。

    保卢斯被苏联人关进了战俘营，他供认，德国进攻苏联是完全违背国际公法的。他也承认，他曾服从了一个不讲信义的人，所以自己才会失败。1944年，他加入德国军官反法西斯联盟，后加入“自由德国”民族委员会的“德国军官同盟”，公开反对希特勒及其指挥下的战争。

    1946年，保卢斯奉召前往纽伦堡国际军事法庭，在审判纳粹战犯时出庭作证，证明他的那些昔日战友和同事们犯有战争罪行。

    1953年他从苏联的战俘营被释放，获释后定居于前东德的德累斯顿。1957年2月1日，保卢斯因长期患病而去世。