上个世纪70年代，日本发生了大地震，一支国际救援队前往救灾，俄罗斯工程师谢尔盖正是救援小组的成员之一。
在一座废墟里，他们发现还有5名男女儿童幸存，但都被深埋在钢筋水泥之下，他们的父母已经在地震中惨死，儿童们则处在极端的恐惧与绝望之中。
靠谢尔盖他们单薄的力量是无法救出这些被困的儿童的，为稳定儿童们的惊慌情绪，谢尔盖一边请求增援一边通过通讯设备给困在混凝土下的儿童讲起了故事。
1942年11月，苏联红军一支新组建的师奉命在深夜渡过伏尔加河，去攻击驻扎在对岸的德国部队。但奇怪的是，当夜过河行动进行地异常顺利，没有遭到德军一枪一弹的攻击。
正当苏军这个师的12000名战士全部抵达河岸后，正准备集结时，只听一声震耳欲聋的巨响，储藏在河岸的原苏军油料库被德军引爆，一万多名苏军顿时陷身于巨大的火海之中，他们痛苦的翻滚，少数逃离火场的苏军遭到早已严阵以待的德国岸防守军MG42型机枪的无情扫射，2个小时后，苏军这个师全军尽没！
苏军斯大林格勒方面军立即下达新的命令，又一个新组建的师奉命过河。这一次，德军集中了集团军所有的加农炮和航空队对苏军进行了渡河间攻击，很快苏军的这个师损失过半，极少数渡过河的苏军士兵在一个叫格罗莫夫侦察兵大尉的指挥下冲进了一所三层楼的住房，与德国守军发生了激战，并成功夺取了这所庞大的老房子。
原来这里正是斯大林格勒的市中心，这所房子的下面就是市心广场，斯大林格勒著名的《儿童环舞》的铜制雕塑喷泉正屹立在此。
现在，广场东面是格罗莫夫大尉率领的苏军残部在防守。西面则是德国第六集团军的一个加强型精锐尖刀连在驻守，领头的是铁十字勋章获得者彼得·卡恩上尉。
苏军在冲进这所老房子后，意外的发现了一位不愿意搬离老房子的倔强的俄罗斯少女卡嘉，因为她说这里就是她的家，她就是不愿意离开。这位少女的亲人在战火中全部遇难，士兵们劝她不走也拿她没有办法。很快，爱情的火花在这里迸发，卡嘉和格罗莫夫大尉以及炮兵少尉发生了恋情，以至于有了后来的谢尔盖。
德军卡恩上尉曾一路披荆斩棘，一直战斗到伏尔加河的岸边，他们发现河岸边有苏军遗留下来的一座大型油库，这里的汽油既可以为德军机械化部队提供燃料也可以用来防止苏军的反攻。
在难民营中，卡恩注意到有个叫玛莎的女人，居然跟他已故的妻子酷似，具有日耳曼女人和法兰西女人相结合的高贵气质，于是他就不断地给她送食品，死亡时刻还开车救出了她。玛莎把食品分给了邻居，邻居们拿到了食品却背地里仍然骂她 “法西斯娼妇”，玛莎最终被一颗来自苏军狙击手的子弹击中前额，她瞬间死在了努力保护她的德国军官卡恩的面前。战争，未能让女性走开，她们的青春被瞬间吞噬！
德军奉命夺回那幢三层楼的住房，也为报复玛莎之死，卡恩组织德军在坦克支援下强攻大楼，苏军士兵抵挡不住就干脆联络了炮兵部队，将所在的位置精准坐标上报，炮兵少尉最后一句：“永别了，我的兄弟们！向我开炮！”很快，巨大的爆炸声连绵响起！
19岁的卡嘉站在另一处房屋的窗前，在弹火纷飞的凛冽火光中悲痛欲绝地看着这一切，苏军德军双方无数鲜活的生命在猛烈的炮火中全部灰飞烟灭！
深埋在废墟底部的孩子们终于被解救出来了，他们哭着扑向了谢尔盖，紧紧得拥抱了这位战火中出生的俄罗斯大叔。
《斯大林格勒》全片的基调为暗色调，影片油画般的质感，粗犷豪放厚重。在3D特技场景渲染下，气势恢宏，悲怆感人。导演以1：1的比例建造了斯大林格勒昔日的街景，在拍摄电影开场的伏尔加河登陆战时，将搭建的心血全部炸掉，以真实再现宏大战争背景，衬托出战争中小人物的生死。影片穿越历史硝烟，反思战争。
让人最震撼的镜头是，影片利用3D高科技技术，大炮的强攻，飞机的狂轰乱炸，机枪的扫射都给观众带来了强大的视觉冲击。德军发现了苏军的企图，主动引爆了油库。顿时火海一片，腾空烈焰燃烧着阵地，前线排山倒海进攻的苏军士兵葬身于火海，德军在战壕里庆幸。但让人没曾想到的是，突然间许多浑身燃烧着烈火的苏军士兵跃上敌人的壕沟，披裹着满身油迹的火焰, 怒吼着扑入德军的战壕，短兵相接肉搏在德军的阵地上。苏军士兵的英勇顽强，勇于牺牲，让观众心灵深感震撼。
而另一方面，德国军官卡恩奉命要夺回那栋被对手占领的房子，他有着善良仁慈的一面，他厌恶战争，却又不得不指挥军队继续作战。偶然救下的女孩，因为与自己已故的妻子容貌相似，而令他产生了深深地眷恋。
影片以人类历史上最血腥的一场战役为背景，详尽描述了一段具有戏剧性和人性冲突的故事。
在硝烟弥漫的阵地上空，也许唯有真情才是超越双方阵营的唯一语言。
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