1942年7月12日，为组织斯大林格勒防御，以最高统帅部预备队第62、第63、第64集团军和原西南方面军、第21集团军、空军第8集团军为基础组建而成。此后又先后编入诸兵种合成第28、第38、第57、第51、第66、第24集团军，近卫第1、第2集团军，突击第5集团军，坦克第1、第4集团军，空军第16集团军等。作战隶属包括伏尔加河区舰队和斯大林格勒军级防空地域。方面军司令先后为S.K.铁木辛哥元帅（1942年7月）、V.N.戈尔多夫中将（1942年7～8月）和A.I.叶廖缅科上将（1942年8～12月）。

　　1942年7月17日，方面军组建后仅5天，即从巴甫洛夫斯克至上库尔莫亚斯卡亚500余千米地带内的顿河大弯曲部组织防御。任务是固守顿河沿岸，阻止德军前出伏尔加河，减轻斯大林格勒的压力。在斯大林格勒会战中，该方面军承受了德军第6集团军强大的突击。由于方面军防御线长达800千米，无法协调组织好西北、西南两个独立战役防线，最高统帅部遂于8月7日将方面军分编为斯大林格勒方面军和东南方面军，由叶廖缅科上将统一指挥两个方面军。在斯大林格勒防御作战中，斯大林格勒方面军与东南方面军互相协同，以极大代价使德军主力丧失进攻能力，为苏军转入反攻奠定了基础。9月28日，斯大林格勒方面军改称苏联顿河方面军，东南方面军改称斯大林格勒方面军。11月20日，新的斯大林格勒方面军转入反攻，与顿河方面军、西南方面军协同，于伏尔加河和顿河河曲的河间地带合围德军23个师共33万人。12月12～30日，又进行了科捷利尼科夫斯基战役，使德军在斯大林格勒附近的军队未能摆脱被合围的被动局面。1943年1月1日，斯大林格勒方面军改称南方面军。