Stalingrad bercerita tentang personel gawat darurat yang sedang bekerja untuk meyelamtkan korban yang terperangkap di bawah tanah. Penolongnya berusaha menenangkan si-korban dengan menceritakan sebuah kejadian pada masa lalu, ia mengisahkan bagaiman ia memiliki lima orang ayah.
Pada tahun 1942, setelah serangan di stalingrad, sekelompok tentara rusia menguasai bangunan besar. Mereka sebelumnya mencoba untuk melewati sungai volga yang kemudian terhalang oleh serangan. Tentara jerman yang bertempat di satu desa yang sama dipimpin oleh hauptmann kahn (thomas kretschmann), adalah seorang tentara yang jatuh cinta dengan perempuan rusia bernama masha (yanina studilina). Masha awalnya benci tapi kemudian mulai membalas cintanya.
Lima dari empat belas tentara yang bertahan dari serangan menjadi penjelmaan dari lima ayah dalam cerita polyakov (andret smilyakov). Mereka antara lain chvanov (dmitriy lysnkov), yang membenci jerman karena perilaku mereka dan pembunuhan pada keluarganya; nikiforov (alexey barabash), seorang penyanyi tenor bertalenta yang menjadi seorang petarung; sergey (sergey bondarchuk) seorang veteran; dan kapten gromov (pyotr fyodorov) yang memimpin kelompok tersebut. Mereka bertemu dengan seorang gadis bernama katya (maria smolnikova) yang tinggal sendirian setelah keluarganya terbunuh. Katya dan mereka kemudian memiliki hubungan yang dekat.
Jerman melakukan penyerangan dengan tank panzer iv ausf h untuk mengusir orang rusia. Chvanov terluka, dan kahn menembak polyakov sampai mati. Gromov dan kahn saling menembak sampai keduanya roboh. Sergey juga demikian, serangan udara menyerang bangunan yang sekarang dikuasai oleh orang jerman. Katya melihatnya dengan hati yang hancur seperti bangunan tersebut yang diserang. Tak ada lagi yang menemani katya hidup.
Kembali di masa sekarang, korban berhasil diselamatkan dan mereka berbagi pengertian sebelum keluar dari tempat tersebut.